Misure di Qualità del Servizio nella rete UMTS

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A LMA M ATER S TUDIORUM · U NIVERSITÀ DI B OLOGNA
Facoltà di Ingegneria
Corso di Laurea in Ingegneria Informatica
MISURE DI QUALITÀ DEL SERVIZIO
NELLA RETE UMTS
Tesi di Laurea di:
DAVIDE STAGNI
Relatore: Chiar.mo Prof. Ing.
GIORGIO CORAZZA
Sessione II
Anno Accademico 2005 - 2006
Parole chiave:
risorsa radio
throughput
download
Quality of Service
UMTS
Ringraziamenti
Probabilmente il risultato finale di queste mie parole sarà simile al bellissimo monologo
di Ivan Benassi nel film “Radiofreccia”.
Ho però deciso di racchiudere in qualche “credo” persone, situazioni e figure che sono
state, e per alcune spero lo saranno, ancora importanti in questo primo corso della mia
vita che mi vede sicuramente davanti a profondi cambiamenti..
Credo che la possibilità di studiare e viaggiare aiuti le persone a capire meglio il mondo
che ci sta attorno: per questo devo ringraziare i miei genitori, Bruna e Fausto che, a
volte con sacrifici, mi hanno dato sia la possibilità di studiare in questi lunghi anni, sia
la possibilità di viaggiare e toccare con mano realtà diverse dalla mia.
Credo che possa succedere che certe “passioni” che condizionino in qualche modo la vita
nascano per caso: è il caso del primo computer 386 che entrò in casa nostra perchè serviva a mia sorella con il quale, seppure in quei tempi speravo in una game-box, mi ci sono
confrontato.. Sicuramente questo fatto ha segnato in modo inequivocabile il mio corso
di studi. Per questo e per altro, come ad esempio la scoperta dell’ormai onnipresente
linguaggio XML, ringrazio mia sorella Simona.
Credo che affrontare certi scogli con il morale alto aiuti a superarli al meglio: qui,
a seconda dei casi, dovrei ringraziare molte persone ma in questo passaggio voglio
ringraziare mia cugina Silvia e mio cugino Piergiorgio per avermi dato quella giusta
carica per affrontare esami, tesi e sfide che ritenevo insormontabili.
Credo che pensare differente ci possa distinguere dalla massa spesso piatta e tutta omologata a certi modi di agire e pensare: questo pensiero si può racchiudere nella semplice
frase “Think Different”, famoso slogan di una campagna pubblicitaria di Apple e del suo
carismatico leader Steve Jobs, che spero sempre di fare più mia.
Certo non è facile uscire dagli schemi, dire la propria rischiando di creare malumori,
affrontare la malizia delle persone e “agire differente” cercando di raggiungere i propri
ideali o la propria felicità, ma bisogna provarci!
Credo che bisogna sforzarsi al massimo per cercare in ogni giorno il proprio “Giorno dei
Giorni”: seppur non sia sempre facile trovare in qualsiasi situazione un risvolto positivo,
vorrei ringraziare Ligabue per avermi fatto riscoprire quanto è bello emozionarsi anche
in una vita che spesso, corre veloce e non ci permetta di assaporare al meglio i momenti
speciali che intrecciano il nostro cammino.
Credo nell’importanza dell’amicizia come valore assoluto.
Credo nel valore relativo del tempo quando si tratta di relazioni con altre persone ed ho
imparato a non usarlo più come barometro dell’affezione. Non voglio fare un elenco di
nomi, soprannomi o situazioni, ma spero che chi leggerà queste righe capisca che sto
parlando proprio di lei...
Infine voglio ringraziare coloro che mi hanno dato un aiuto pratico nella stesura e correzione della tesi, quindi Giulia, Maria Chiara, Alfredo e tutti i ragazzi dell’NSS team
Vodafone di Bologna 2, in particolar modo Paolo, Fabio e Valerio.
Ancora Grazie,
Davide
Indice
Introduzione
1
1 Accesso multiplo alla risorsa radio
3
1.1
I passi dell’evoluzione tecnologica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3
1.2
FDMA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5
1.3
TDMA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6
1.4
TDMA nell’architettura GSM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
7
1.5
CDMA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
8
1.5.1
Il codice usato nella tecnica CDMA e il processo di codifica . . .
9
1.5.2
L’effetto di diffusione (Spreading e Despreading) . . . . . . . . .
11
1.5.3
Reiezione alle interferenze . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
13
1.5.4
Determinazione della capacità del sistema . . . . . . . . . . . . .
14
Il CDMA nel sistema UMTS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
14
1.6.1
La componente W-CDMA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
14
1.6.2
La componente TD-CDMA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
17
GSM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
19
1.7.1
Architettura della rete GSM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
19
1.8
HSCSD . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
23
1.9
GPRS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
24
1.9.1
Architettura della rete GRPS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
25
1.9.2
Modi di funzionamento della rete . . . . . . . . . . . . . . . . .
29
1.10 EDGE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
30
1.6
1.7
2 Il sistema 3G: l’UMTS
33
2.1
Il sistema UMTS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
33
2.2
Gli elementi di rete . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
35
2.3
Handover e macrodiversità . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
39
2.4
Il controllo di potenza . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
41
i
INDICE
ii
2.4.1
Procedure di controllo della potenza . . . . . . . . . . . . . . . .
42
2.4.2
Il controllo di potenza in caso di un Soft Handover . . . . . . . .
44
2.5
L’effetto del Cell Breathing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
45
2.6
L’interfaccia in aria . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
45
2.6.1
I canali logici . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
48
2.6.2
I canali di trasporto . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
49
2.6.3
I canali fisici . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
50
2.7
I formati di trasmissione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
54
2.8
Lo scrambling e la modulazione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
57
2.9
L’accesso alla rete . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
64
2.9.1
Ricerca della cella . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
64
2.9.2
Avvio di una chiamata . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
65
3 Il contesto delle misure sulla rete
3.1
67
L’SGSN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
67
3.1.1
Descrizione delle principali interfacce connesse all’SGSN . . . .
70
3.1.2
Protocolli presenti sulle interfacce connesse all’SGSN . . . . . .
71
3.1.2.1
RANAP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
71
3.1.2.2
GTP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
72
3.1.2.3
MAP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
73
3.1.2.4
DNS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
74
3.2
Il PDP Context . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
74
3.3
Quality of Service . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
75
3.3.1
Teoria alla base della QoS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
77
3.3.2
Quality of Service Profile . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
77
3.3.3
Implementazione della QoS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
79
4 Campagna di misure
4.1
4.2
81
Misure in condizioni reali . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
81
4.1.1
Periferiche utilizzate . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
81
4.1.2
Configurazione delle SIM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
82
4.1.2.1
Verifica tramite analizzatore di protocollo . . . . . . .
83
4.1.2.2
Dump dell’SGSN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
83
4.1.3
Realizzazioni delle misure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
90
4.1.4
Raccolta dei dati . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
91
Misure in condizioni ideali . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
93
Indice
iii
4.2.1
Ambiente delle misure e configurazione delle periferiche e SIM
utilizzate . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Modalità di misura e raccolta dei dati . . . . . . . . . . . . . . .
94
94
5 Analisi dei risultati
5.1 Analisi dei risultati ottenuti in condizioni reali . . . . . . . . . . . . . . .
5.1.1 Valutazioni sull’andamento del throughput . . . . . . . . . . . .
5.2 Analisi dei risultati ottenuti in condizioni ideali . . . . . . . . . . . . . .
97
97
98
99
4.2.2
Conclusioni
101
Sviluppi Futuri
103
HSDPA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103
Struttura del canale HSDPA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105
AMC e multicode trasmission . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106
H-ARQ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106
Packet Scheduling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107
Appendice A
109
Periferiche utilizzate . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 109
Appendice B
111
Tracciamento messaggi di un PDP Context . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111
Appendice C
137
Risultati delle prove in condizioni reali . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 137
Bibliografia
141
Introduzione
Negli ultimi anni il mondo tecnologico ha assistito ad un’imponente crescita dell’innovazione tecnologica. La globalizzazione dei mercati ha portato inoltre ad un’accorciamento delle distanze, con il conseguente aumento delle esigenze di mobilità.
Il mercato dei servizi, orientato agli utenti mobili, grazie a queste premesse, ha rafforzato la sua importanza con il conseguente investimento di ingenti quantità di denaro
da parte delle compagnie telefoniche nello sviluppo di sistemi di comuniazione mobile
sempre più efficienti.
Partita dalle esigenze delle forze militari americane, la tecnologia della comunicazione
mobile ha approdato ad una sua prima “maturità” quando nel 1935 si arrivò all’invenzione
della modulazione di frequenza (FM, frequency modulation).
Il secondo passo è stato quando si è avuta una divisione a “celle” del territorio, infrangendo quel limite che voleva assegnata una stessa frequenza ad un solo utente: questa è indubbiamente la chiave del sistema radio-cellulare, che appunto prende da questa
suddivisione il suo nome.
Dagli anni ’80 a oggi sono varie le tecnologie radiomobili che si sono succedute, ma
sempre in quegli anni prendeva piede un’altra tecnologia che aveva mosso i suoi passi
parallelamente: Internet.
La prima apparizione di Internet si ebbe nel 1969 quando il Ministero della Difesa
Statunitense creò un’agenzia, Arpa, preposta allo sviluppo di una rete di computer che
potesse resistere al bombardamento nucleare garantendo continuità fra le varie località
connesse. Il progetto si concluse il 2 settembre 1969 con la nascita di ArpaNet.
Negli anni a seguire la rete divenne uno strumento vitale anche per le università e per i
centri di ricerca che avevano l’esigenza di scambiare informazioni e di coordinare le loro
attività.
Il ministero di Difesa creò quindi un’altra rete propria così da svincolarsi definitivamente da ArpaNet, che chiamò MiliNet.
Grazie a questa dipartita molti furono gli enti che fecero richiesta di appartenere ad
ArpaNet, fino ad arrivare ai nostri giorni con la “nascita” della rete Internet moderna,
1
2
INTRODUZIONE
composta da migliaia di nodi e sottoreti, le quali a loro volta composte da svariati host.
La spinta evolutiva fornita da Internet ha rivoluzionato i tradizionali canali informativi,
e in questo contesto è nata negli ultimi anni la volontà di lavorare a nuovi sistemi in grado
di conciliare appunto la mobilità degli utenti e la crescente esigenza di comunicazione
(multimediale o non) cercando di integrarli.
Con questi obiettivi sono nati prima il GPRS e l’EDGE e infine l’attuale UMTS.
Tutte queste tecnologie e il significato degli acronimi saranno affrontati all’interno di
questo lavoro di Tesi.
Utilizzare la rete UMTS per scaricare software peggiora la percezione di ritardo che
un utente può avere facendo la medesima operazione con la linea fissa di casa ?
Questa di Tesi si propone di dare un’esaustiva risposta a questo quesito attraverso
una campagna di misure delle prestazioni della rete UMTS, analizzando anche un aspetto
molto interessante di questa tecnologia che è la Qualità del Servizio.
La Tesi sarà organizzata in 5 capitoli, i primi dei quali saranno una panoramica sulle
varie modalità di accesso alle risorse radio e in particolare il Cap. 2 prenderà in esame
l’UMTS.
Capitolo 1
Accesso multiplo alla risorsa radio
A differenza di quanto avveniva all’inizio delle comunicazioni radiomobili, oggi le frequenze radio disponibili, in particolare i suoi canali trasmissivi, non sono dedicate permanentemente ad un singolo utente, ma vengono assegnati dinamicamente dal sistema
radiomobile, dietro richiesta degli utenti stessi che vogliono per esempio “accedere” alla
rete per avviare una telefonata.
Vediamone quindi gli sviluppi di queste tecniche per l’accesso alle risorse radio e la
conseguente nascita di nuovi standard di comunicazione legate ad esse.
1.1 I passi dell’evoluzione tecnologica
L’introduzione del sistema di telefonia mobile di terza generazione, che in ambito Europeo prende il nome di UMTS (Universal Mobile Telecommunications Service), nasce
con l’ambizione di far convergere i vari tipi di media su un unico sistema di telecomunicazione che abbia la possibilità di veicolarli in modo molto flessibile ed adattato alle
singole esigenze di ogni utente.
L’idea di un sistema globale di comunicazioni mobile nasce negli anni ottanta (i primi
incontri per la definizione di uno standard si hanno nel 1986) e ad oggi poco è rimasto di
quelle idee iniziali se non il fatto di dover garantire all’utente un’ampia scelta di servizi. Il
percorso non poco tortuoso per arrivare alla definizione dello standard ha risentito sicuramente dei notevoli cambiamenti introdotti con le nuove tecnologie di telecomunicazione
(e non solo di quella mobile), che peraltro hanno cambiato, e non poco, le nostre abitudini.
Questo mutamento ha portato indubbiamente anche ad un cambiamento delle strategie
di mercato. Questi aspetti non potevano sicuramente essere analizzati in quei primi anni
(chi avrebbe detto allora che la telefonia mobile sarebbe diventata quel business che è
3
1. ACCESSO MULTIPLO ALLA RISORSA RADIO
4
Figura 1.1: Servizi in condizione di Mobilità
oggi?) e certe scelte sono sicuramente state successivamente influenzate dagli interessi di
ogni singolo paese che partecipa alla standardizzazione del sistema.
Lo sviluppo, che si è verificato negli anni novanta nel campo dei servizi multimediali
forniti sui sistemi di rete fissa (ADSL, Fibra Ottica..), unito al considerevole incremento
degli utenti di telefonia mobile (dove ad oggi la parte più consistente del servizio è rappresentato dalla normale comunicazione telefonica), ha catalizzato l’interesse dell’industria
dell’informazione e dell’intrattenimento che conta oggi di poter veicolare i propri prodotti
e servizi anche su questo mezzo.
Per arrivare all’utente finale, come vediamo tutti i giorni, molti sono i modi e la
scommessa più importante sarà quella di capire quale tecnologia riuscirà a essere quella
vincente.
C’è chi scommette nell’uso dei Pc con utilizzo di reti multimediali ad alta velocità di accesso; c’è chi invece pensa all’utilizzo del normale televisore di casa che potrà
essere adoperato anche per la “Navigazione Internet” o per servizi di “Video on Demand” sia attraverso collegamenti satellitari, sia attraverso collegamenti in cavo ibrido
(Fibra-Coassiale).
C’è anche chi punta sul telefonino, vista la grande diffusione che ha avuto, special-
1.2. FDMA
5
mente nel nostro paese, e credendo nel fatto che l’utente voglia usufruire dei vari servizi
in condizione di mobilità.
L’evoluzione delle tecnologie, passando dal GSM e dal GPRS, è stata proprio questo:
il forte limite della comunicazione mobile prima dell’avvento dell’UMTS è stata la sua
capacità di trasmissione, molto esigua per la ricezione di streaming, come ad esempio i
goal della nostra squadra del cuore, cosa che adesso non è sicuramente più un problema,
in quanto possiamo avere con la massima banda teorica raggiungibile connessioni più
veloci delle semplici ADSL casalinghe.
Il problema ora sarà da parte degli operatori che dovranno cercare dei servizi utili, intelligenti e nuovi che spingano l’utente a cambiare telefono e tecnologia, come ad esempio nei primi anni ’90 spinsero a passare gli abbonati TACS ai nuovi contratti ricaricabili
GSM.
1.2 FDMA
FDMA (Frequency Division Multiple Access) è il metodo più semplice di divisione della
banda che sia mai stato usato.
Praticamente consiste nel suddividere l’intera banda a disposizione in un certo numero
di canali aventi larghezza prefissata di 25kHz, ognuno dei quali centrato su una frequenza
portante.
Il sistema di assegnamento delle risorse radio è molto semplice: il primo utente che ne
fa richiesta è il primo che viene servito e questa frequenza verrà utilizzata esclusivamente
e continuamente fino alla fine del servizio.
Come è ovvio che sia per questo metodo di suddivisione della banda, si hanno bisogno
di due frequenze radio se si vuole effettuare una conversazione (una che porta la voce
del chiamato e una che porta la voce del chiamante) e sarà compito della stazione radio
trasmettere continuativamente e simultaneamente sui due canali.
Gli svantaggi per questa semplice tecnologia sono principalmente l’esigua ampiezza
della banda del canale assegnato e i costi: infatti nelle stazioni radio base dovranno essere
presenti tanti ricetrasmettitori quanti sono i canali radio a disposizione e un duplexer, in
quanto si usa una singola antenna per ricevere e trasmettere, quindi è necessario questo
filtro per separare la conversazione.
Questo metodo viene utilizzato per esempio nelle reti TACS.
6
Figura 1.2: Divisione della risorsa tramite FDMA
1.3 TDMA
La tecnica usata dal TDMA (Time Division Multiple Access) consiste nell’utilizzare la
stessa portante radio assegnata per servire più utenti.
Questo metodo è possibile da quando i sistemi si basano su segnali digitali e non più
analogici infatti, in un sistema digitale, come appunto il GSM o il DECT, la voce viene
digitalizzata dalla stazione mobile e memorizzata in un buffer e trasmessa in istanti prefissati di tempo e non continuamente trasmessa come negli obsoleti metodi che sfruttano
segnali analogici.
Nel GSM appunto, la fonia viene digitalizzata e il terminale, nel nostro esempio, invia
un certo numero di bit alla volta (questa quantità si definisce burst) su una data frequenza
in istanti prefissati di tempo (questi istanti prendono il nome di timeslot) che ricorrono
ciclicamente.
L’intervallo di tempo nel quale si trasmettono una sola volta tutti i timeslot di una
stessa frequenza prende il nome di trama o frame.
In questo modo, un sistema che adotta la tecnica TDMA permette che una stessa
frequenza sia “assegnata” ciclicamente e per diversi tempi prefissati a più utenti.
I vantaggi di questa tecnica sono che:
• una frequenza radio riesce a servire più utenti;
1.4. TDMA nell’architettura GSM
7
Figura 1.3: Divisione della risorsa tramite TDMA
• non sono più necessari più ricetrasmettitori nella stazione radio base, ma bensì uno
singolo che serve più utenti;
• La frequenza portante è centrata su una radiofrequenza più larga di quella usata nel
FDMA e nel caso del GSM la sua banda portante è pari a 200kHz;
• Non è più necessario un duplexer, ma si può ottenere lo stesso risultato tramite
un commutatore in quanto la trasmissione e la ricezione viaggiano in due timeslot
diversi.
Gli svantaggi sono nella complessità maggiore delle attrezzature e nella difficoltà di
adottare ben precise tecniche di sincronizzazione per evitare i problemi causati dal ritardo
della ricezione delle trame, che causano sgradevoli interferenze.
1.4 TDMA nell’architettura GSM
Il TDMA è la tecnica utilizzata nel GSM per poter dividere le sue frequenze e servire i
suoi utenti.
Nel GSM una trama è costituita da 8 timeslot, ciò significa che su una determinata frequenza radio si possono servire al massimo 8 utenti. Questi timeslot possono
venire utilizzati per far transitare canali voce o dati e per canali di controllo, questi ultimi
indispensabili alla rete per il suo corretto funzionamento.
8
La trasmissione e la ricezione dei canali avvengono in timeslot diversi e su frequenze
diverse.
Il problema principale per questa tecnica è, come si può appunto immaginare, il tempo, infatti la latenza nel ricevere o mandare le informazioni possono provocare problemi
nel caso di una conversazione fra due utenti. Ben consci del problema, la velocità con cui
deve essere trasmesso un burst è dato dalla velocità di emissione della stazione mobile
(data dalla codifica della voce e dall’inserimento di particolari informazioni) moltiplicata
per i numero di timeslot realizzati su una determinata frequenza, che è pari a circa 270
kbps (risultato della seguente moltiplicazione 33,8 kbps x 8).
1.5 CDMA
Il CDMA (Code Division Multiple Access) si differenzia fortemente dall’FDMA e dal
TDMA in quanto questa tecnica non si mette a dividere la frequenza o il tempo per l’utilizzo della risorsa, anzi mette tutti gli utenti a trasmettere sulla stessa frequenza e nello
stesso istante.
La tecnica CDMA si basa su questo concetto: “In una grande sala molte persone,
divise tra loro per lingua, conversano contemporaneamente a bassa voce, nonostante la
confusione di parole è possibile la comunicazione, perché ognuna delle persone presterà
attenzione solo alla lingua da lei conosciuta mentre le altre conversazioni diventeranno
rumore di sottofondo.”
Il CDMA appunto permette di dividere le varie comunicazioni dei vari utenti assegnando ad ognuno di questi segnali un codice e sarà compito del terminale e della rete
capire che quel codice appartiene a quella precisa conversazione.
Riprendendo il concetto prima elencato, vi è un fatto da tenere in considerazione: il
rumore di sottofondo provocato dai partecipanti. Se il numero di partecipanti nella sala
aumenta verrà a tutti istintivo alzare il volume della conversazione affinché le loro parole
predominino su quelle degli altri presenti, e questo porterà ad un inevitabile aumento del
rumore generale presente nella sala. Questo effetto, che prende il nome di Soft Degradation o di Cocktail Party, comporta un degrado della capacità della rete, come segnalato
dal teorema di Shannon1 .
C = B × log2 (1 +
1 Il
S
)
N
(1.1)
Teorema di Shannon definisce quale è la capacità massima (C) di trasmissione di un segnale in
funzione della banda a disposizione e del rapporto Segnale/Rumore presente sul collegamento.
Nel Teorema: B è la banda a disposizione, S è la potenza del segnale ed N è la potenza del rumore.
1.5. CDMA
9
Figura 1.4: Divisione della risorsa tramite CDMA
Per ovviare a questo problema c’è bisogno che qualcuno regoli il volume delle varie
conversazioni, ed è per questo che una rete che usa il CDMA deve essere sempre controllata in potenza, poiché dalla qualità di questo controllo si determina la capacità massima
che la rete può avere.
1.5.1 Il codice usato nella tecnica CDMA e il processo di codifica
Come già anticipato, la tecnica CDMA utilizza una serie di codici digitali per la separazione dei vari utenti.
A ciascun utente viene infatti assegnato un proprio codice, il quale sarà utilizzato
per codificarne il segnale, e solamente quel ricevitore che conosce il codice utilizzato in
trasmissione sarà in grado di decodificare il segnale relativo a quel determinato utente.
Tutti gli altri utenti, che sono trasmessi sovrapposti ed in contemporanea al segnale che
intendiamo ricevere, avranno assegnato un diverso codice, pertanto il ricevitore non sarà
in grado di rilevarne il contenuto informativo, e i loro segnali saranno solamente fonte di
interferenza.
Affinché il sistema funzioni correttamente, è strettamente necessario che i codici
utilizzati per la discriminazione degli utenti (il codice prende il nome di “Codice di
Canalizzazione”) debbano essere tra loro ortogonali.
Codice Ortogonale Con il termine ortogonale si indica la caratteristica di due codici di
restituire una uguale quantità di simboli “1” e “0” se viene tra loro applicata la logica XOR o XNOR.
Sfruttando questa proprietà e utilizzando lo stesso codice di partenza, sarà possibile
per il processo di decodifica ricostruire il segnale originale, mentre l’utilizzo di un
10
Figura 1.5: Esempio di codifica di un segnale CDMA con un Codice di Canalizzazione
con Spreading Factor uguale a 4
diverso codice, che sia però ortogonale, non farà altro che ridistribuire i simboli “1”
e “0” senza modificarne il loro rapporto.
Una perfetta ortogonalità dovrebbe essere mantenuta anche quando i codici subiscono un effetto di scorrimento, o shift, che potrebbe essere causato dai diversi tempi
di percorso dei segnali di ciascun utente.
Per portare un esempio consideriamo le seguenti sequenze di codice: 0101, 0011.
Per accertare che due codici da utilizzare per la codifica siano tra loro ortogonali,
è sufficiente comparare tra loro tali codici con logica XOR o XNOR e verificare di
ottenere un uguale numero di simboli “1” e “0”.
Applicando la logica XOR tra il codice 0011 e 0101 avremo come risultato 0110
(n. due “1” e n. due “0”), pertanto essi sono tra loro ortogonali.
Applicando invece la logica XOR tra il codice 0011 e 1100 avremo come risultato
1111 (n. quattro “1”), pertanto essi non sono tra loro ortogonali.
Per la codifica dei segnali digitali costituenti il contenuto informativo di un determinato utente viene preso quindi un Codice di Canalizzazione e, applicandolo al segnale
originale, si ottiene un segnale codificato.
I Codici di Canalizzazione utilizzati solitamente nel CDMA fanno parte della famiglia
dei codici di Walsh.
Riportiamo in Fig. 1.5 la codifica di un canale CDMA con un Codice di Canalizzazione con Spreading Factor (cioè la la quantità dei simboli utilizzati per la codifica di
ciascun Bit), in seguito abbreviato SF, uguale a 4.
Per ricostruire il contenuto informativo originale partendo dal segnale codificato basterà
1.5. CDMA
11
Figura 1.6: Esempio di decodifica di un segnale CDMA con un Codice di Canalizzazione
con Spreading Factor uguale a 4
Figura 1.7: Effetto di Spreading di un segnale codificata con tecnica CDMA
ripetere la stessa procedura utilizzando lo stesso Codice di Canalizzazione applicandovi
la stessa “logica”.
Questo metodo permetterà ovviamente di ricostruire il segnale originale se e solo se
viene utilizzato per la decodifica lo stesso codice usato in fase di codifca.
Riportiamo nell’esempio successivo in Fig. 1.6, la decodifica di un canale CDMA con
un Codice di Canalizzazione con Spreading Factor uguale a 4.
1.5.2 L’effetto di diffusione (Spreading e Despreading)
Poiché la velocità di cifra del segnale codice è ben maggiore della velocità di cifra del
segnale utile, anche la banda utilizzata per trasportare il segnale sarà in proporzione maggiore della banda utilizzata in origine dal segnale di utente. Data questa caratteristica, la
tecnica CDMA che stiamo prendendo in esame viene definita anche tecnica a diffusione
di spettro, altrimenti detta tecnica Direct Sequence Spread Spectrum (DSSS).
Come possiamo vedere in Fig. 1.7, partendo da un segnale che occupa una determinata
12
Figura 1.8: Decodifica di un segnale CDMA (Despranding)
larghezza di banda “Fb”, per effetto della codifica CDMA tale segnale viene diffuso in
una banda “Fc” più ampia, per contro possiamo notare che il livello medio di potenza del
segnale si è notevolmente ridotto.
Quest’ultimo fenomeno è dovuto al fatto che il livello di energia dei singoli bit non
varia con il processo di codifica, e tale energia viene distribuita sui singoli Chip2 che sono
in quantità ben maggiore, con il risultato di avere una più bassa potenza per unità di banda
(W/Hz).
Il Processing Gain, che è definito dal rapporto tra le larghezze di banda utilizzate
prima e dopo l’azione di “Spreading”, determina quindi il rapporto tra l’energia di un
singolo Chip rispetto all’energia di ciascun Bit.
Questo Processing Gain ci può essere utile al momento della decodifica in quanto
possiamo notare che il livello di potenza del segnale restituito dall’operazione di “Despreading” risulta essere a lui proporzionale. I segnali non interessati all’operazione di
Despreading, quindi quelli non decodificati dal codice che identifica quella precisa conversazione, rimangono invece diffusi in banda, con una densità di potenza ben inferiore a
quella del segnale estratto, come possiamo vedere in Fig. 1.8.
Da questa immagine possiamo incominciare a vedere che maggiore è il numero degli
utenti che vengono trasmessi sulla stessa portante, tanto maggiore sarà il livello di interferenza.
Considerando il rapporto Carrier to Interference, cioè il rapporto fra numero di utenti
e portante, possiamo dire che una diminuzione di questo rapporto porta alla diminuzione
della capacità massima di trasmissione per un determinato utente, come afferma la Eq. 1.1.
2 Il
più piccolo componente prodotto da una modulazione CDMA di tipo Spread Spectrum.
1.5. CDMA
13
Figura 1.9: Effetto di un interferente su un segnale CDMA
Figura 1.10: Segnale risultante dopo un filtraggio di banda
1.5.3 Reiezione alle interferenze
Come abbiamo visto, un segnale trasmesso con tecnica CDMA viene diffuso su un’ampia
larghezza di banda, ma con il livello medio di potenza molto basso, il che rende veramente difficile il poter decodificare questo segnale per un ascoltatore indesiderato. Se prendiamo in esame un segnale interferente a banda stretta che affligge un segnale CDMA,
applicando il codice di despreading su tale segnale avremo come risultato l’effetto di poter rilevare il segnale utile, mentre il segnale interferente subirà una dispersione in banda
proporzionale al valore di Processing Gain applicato per tale decodifica, con conseguente
riduzione dell’energia per porzione di banda, come possiamo vedere in Fig. 1.9.
Dopo l’operazione di filtraggio in banda, la potenza totale dell’interferente risulterà
essere molto minore di quella del segnale utile, con un rapporto Carrier to Interference
maggiore di 1.
14
1.5.4 Determinazione della capacità del sistema
Contrariamente a quanto avviene in altri sistemi di accesso, ove la capacità di servizio è
determinata dal numero dei canali disponibili, nel sistema CDMA la capacità del sistema
viene determinata dal rapporto fra l’energia di un singolo bit e quella delle interferenze
che disturbano il canale trasmissivo.
Quindi, per ogni utente che dovrà utilizzare un determinato servizio, bisogna raggiungere un rapporto sufficiente a garantire una buona qualità della trasmissione.
Per concludere, in un sistema che usa la tecnica CDMA, come l’UMTS, non viene
stabilito un valore fisso di utenze o servizi che possono essere erogati, ma viene fissato
un obiettivo di qualità per ciascun collegamento, e il sistema stesso, mediante opportuni
algoritmi di controllo della potenza, determinerà se può essere accettata o meno una nuova
utenza. In pratica una nuova risorsa può essere assegnata solamente se quelle già attive
hanno ancora dei margini nella capacità di recupero del degrado sul segnale.
1.6 Il CDMA nel sistema UMTS
Il CDMA è stato scelto nell’UMTS per gestire le sue frequenze per i suoi utenti.
Oltre le già citate caratteristiche di questa tecnica, nell’UMTS sono state aggiunte
due componenti per l’utilizzo della porzione simmetrica e asimmetrica della banda per
poter garantire il duplexing. Le due componenti sono rispettivamente il W-CDMA e il
TD-CDMA.
Nella prima fase di introduzione dell’UMTS verrà utilizzata solamente la componente
W-CDMA, mentre per il TD-CDMA si attende che le tecnologie consentano un’adeguata
affidabilità dei terminali.
1.6.1 La componente W-CDMA
Nello standard UMTS viene identificato con la sigla W-CDMA (Wideband Code Division
Multiple Access) il sistema che utilizza canalizzazioni aventi una larghezza di banda di
5Mhz, e con divisione duplex di tipo FDD3 .
La caratteristica principale della trasmissione W-CDMA è quella di avere la velocità
3 Frequency
Division Duplex, sistema che consente la bidirezionalità di una comunicazione utilizzando
una diversa frequenza per ogni senso trasmissivo. La differenza tra la frequenza utilizzata in un senso del
collegamento e quella utilizzata nell’altro senso dello stesso, viene denominata “Spaziatura Duplex”.
1.6. Il CDMA nel sistema UMTS
15
Figura 1.11: Esempio di albero dei codici OVSF
di cifra del segnale in aria stabilita a 3,84 Mchip/s4 , e tutte le utenze che devono essere
trasportate dovranno essere adattate a questa Chip Rate.
L’adattamento dei diversi tipi di utenze che possono essere servite da questo sistema
avviene mediante l’utilizzo di codici di canalizzazione aventi lunghezza variabile che
prendono il nome di codici OVSF (Orthogonal Variable Spreading Factor), cioè un fattore
di codifica variabile e ortogonale, tramite codici che non possono essere tra loro scambiati
per effetto di shift simulato dai cammini multipli (ortogonali), e avente lunghezza del
codice variabile da 4 fino a 512 Chip in funzione del tipo di servizio da trasmettere, es.
conversazione, streaming interattivo.
Per ogni utenza in funzione della velocità di trasmissione necessaria viene assegnato
un determinato Spreading Factor, che può variare da 4 e fino a 512, in modo da portare a
3,84 Mchip/s la velocità di cifra del segnale da trasmettere.
Servizi che richiedono basse velocità di trasferimento utilizzeranno codici più lunghi,
mentre utenze a più alta velocità utilizzeranno codici più corti.
Per mantenere l’ortogonalità dei codici è necessario che i servizi utilizzanti alti valori
di SF non sfruttino le sequenze generate dai rami di coloro che utilizzano valori di SF
più bassi. Possiamo quindi comprendere che è fondamentale una oculata assegnazione
dei codici da parte della rete (una mancanza di criterio in questo senso porterebbe ad una
drastica riduzione dei codici disponibili, con conseguente diminuzione dei servizi che
possono essere serviti in contemporanea).
Nel sistema W-CDMA, pur trasmettendo in modo continuo le informazioni, i vari
4 Ordine
di misura utilizzato per definire la velocità di trasmissione del segnale una volta che questi sia
codificato con tecnica CDMA Direct Spreading.
16
Figura 1.12: Tramatura della portante W-CDMA
canali che devono essere trasportati (canali fisici) vengono organizzati in una struttura
a trame. Questa struttura è realizzata in modo da mantenere costante la Chip Rate al
valore di 3,84 Mchip/s, e all’interno di ogni singola trama viene mantenuta costante anche
la velocità di trasmissione dei dati di utente, la quale può essere variata (se necessario)
solamente nelle trame successive.
Le trame hanno un ciclo di 10 mSec, pertanto ciascuna trasporterà 38.400 Chips che,
a loro volta, verranno suddivisi in 15 timeslot da 2.560 Chips.
I timeslot che compongono la trama, tempo ad essi dedicato di 1/15 di 10 mSec,
possono essere trasmessi con differenti livelli di potenza, e questo meccanismo consentirà
di ottimizzare il livello medio di potenza che viene richiesto dalla rete per il servizio
fornito dal segnale preso in esame.
La struttura di trama sopra descritta consente ad un utente di poter variare ogni 10
mSec la velocità delle informazioni trasmesse e per questo si può avvalere di un cambio
dello Spreading Factor applicato su ciascuna singola trama. Un’alternativa al cambio di
Spreading Factor è la possibilità di associare più codici in contemporanea per lo stesso
utente.
All’interno dei singoli timeslot viene utilizzato un meccanismo che consente di fermare la trasmissione quando ci sono delle pause in una conversazione e/o nella trasmissione di dati a pacchetto.
Questa funzionalità, detta “Trasmissione Discontinua” (DTX), consente una sensibile
riduzione dell’interferenza generata verso gli altri utenti, con conseguente guadagno in
termini di risorse sulla cella.
1.6. Il CDMA nel sistema UMTS
17
Figura 1.13: Esempio di Trasmissione discontinua nella direzione uplink
Durante le pause il canale viene mantenuto attivo mediante la trasmissione di una
minima quantità di informazioni su appositi “Canali di Controllo” (CCH), i quali possono
essere dedicati al singolo utente (DCCH), o comuni a tutti gli utenti serviti dalla cella
(CCCH). Le informazioni originate dall’utente vengono invece trasportate sui “Canali
Dati Dedicati” (DPDCH), che sono poi quelli effettivamente interessati all’applicazione
del DTX.
1.6.2 La componente TD-CDMA
Il W-CDMA non è l’unica modalità standardizzata per UMTS, e le specifiche internazionali prevedono la possibilità di utilizzare anche la trasmissione con modalità duplex di
tipo TDD5 nelle bande non accoppiate comprese tra 1.900 ÷ 1.920 MHz e 2.010 ÷ 2.025
Mhz.
Questa modalità trasmissiva viene identificata con la sigla TD-CDMA.
Con questa soluzione si combinano le modalità già viste nel W-CDMA con la divisione sulla base del tempo delle informazioni che verranno trasmesse nella direzione
uplink da quelle trasmesse nella direzione downlink. Rispetto alle tradizionali tecniche
TDD, con l’utilizzo del CDMA è possibile utilizzare gli intervalli temporali destinati alla
trasmissione per trasportare più utenti o servizi in contemporanea.
Le informazioni viaggiano sulla stessa portante a tempi alterni, e differenti velocità di trasmissione possono essere gestite mediante assegnazione di periodi più o meno
lunghi alle trasmissioni in un senso del collegamento rispetto a quelle dell’altra direzione.
Questa caratteristica rende il sistema TD-CDMA adatto a fornire servizi che presentino
5 Time Division Duplex.
Sistema che consente la bidirezionalità di una comunicazione utilizzando la stessa canalizzazione, che viene però divisa in intervalli temporali dove, alternativamente, transitano le informazioni in un senso e nell’altro del collegamento. Questa tecnica ha la caratterisitca di gestire ottimamente
una canale di traffico asimmetrico, per contro presenta delle difficoltà nella gestione della mobilità.
18
Figura 1.14: Modalità di assegnazione delle risorse radio con il sistema TD-CDMA
una forte asimmetria nella quantità di dati che vengono trasmessi in una connessione (es.
streaming), per contro presenta delle difficoltà nella gestione della mobilità.
La necessità di sincronizzare sulla stessa portante le trasmissioni downlink e quelle
uplink rende questo tipo di accesso più adatto a coprire piccole aree, dove sia richiesta
un’alta capacità trasmissiva, come ad esempio piccole aree urbane ad elevata densità di
popolazione.
La struttura di trama utilizzata nel TD-CDMA è la stessa del W-CDMA, ma sulla base
dei timeslot viene stabilita la capacità di trasmissione nei due sensi del collegamento.
I valori di Spreading Factor che possono essere usati per questo tipo di accesso variano
da 1 a 16, e più canali possono essere multiplati su uno stesso timeslot.
La capacità di trasmissione viene determinata dalla quantità dei codici disponibili per
il numero dei timeslot assegnati alla direzione del collegamento.
Per funzionare correttamente, in questo sistema deve essere utilizzato lo stesso valore
di Processing Gain su tutti i canali trasportati nella trama, pertanto utenti che utilizzano
differenti velocità devono essere gestiti assegnando loro una differente quantità di canali
elementari. Anche in questo caso sarà possibile variare la velocità di trasmissione degli
utenti sulla base del ciclo minimo di trama (10 mSec).
Poiché in questo tipo di accesso si utilizza la stessa portante per entrambi i sensi di
trasmissione, è fondamentale che anche la Stazione Base adegui la propria potenza di
trasmissione a quella dei terminali di utente.
1.7. GSM
19
Figura 1.15: Utenti multipli su uno stesso timeslot
1.7 GSM
Nel 1982 a Vienna il CEPT (Conférence Européenne des Postes et des Télécommunications) decise di standardizzare il primo sistema radiomobile paneuropeo, con l’obiettivo
di realizzare un nuovo sistema che lavorasse nella banda dei 900 MHz, banda ai tempi
allocata per le comunicazioni radio terrestri.
Il compito di redigere lo standard fu assegnato ad un gruppo denominato Group Spécial Mobile (GSM) [OB02] il quale passò poi nelle mani dell’ETSI (che ribattezzò la sigla
GSM nell’attuale acronimo: Global System for Mobile communications).
Solo nel 1992 lo standard fu definitivamente introdotto. Il sistema GSM utilizza quindi
una trasmissione numerica di tipo cellulare, ed è operante a 900 Mhz (890-915 Mhz in
uplink, 935-960 Mhz in downlink) e a 1800 Mhz (1710-1785 Mhz in uplink, 1805-1880
Mhz in downlink) con una banda di canale di 200 kHz.
La voce è codificata, in modo full rate, a 13 kbps e la velocità massima di trasmissione
dati in modalità a commutazione di circuito è pari a 9,6 kbps.
1.7.1 Architettura della rete GSM
Le unità funzionali che costituiscono la rete GSM sono fondamentalmente quattro:
• MS - Mobile Station
• BSS - Base Station Sub-system
• NSS - Network Switching Sub-system
• OSS - Operation and Support Sub-system
20
Figura 1.16: Architettura della rete GSM
MS Una MS rappresenta la stazione mobile con la quale un utente può usufruire dei
servizi offerti dal sistema.
È formata da un terminale mobile (TE, Terminal Equipment) e da una smart-card
(SIM, Subscriver Identity Module).
All’interno di una qualunque rete GSM il TE è univocamente identificato dall’IMEI
(International Mobile Equipment Identity), costituito da un numero di 15 cifre.
La carta SIM, oltre a permettere di identificare l’utente indipendentemente dal terminale utilizzato, contiene anche un identificativo di utente denominato IMSI (International Mobile Subscriver Identity), che contiene la chiave di autenticazione
utilizzata per le procedure di crittografìa e gli algoritmi utilizzati per accedere alla
rete.
BBS Il BSS rappresenta l’insieme delle unità funzionali che si occupano degli aspetti
radio del sistema, ed è composto da uno o più BSC (Base Station Controller), a cui
fanno riferimento diverse BTS (Base Transceiver Station).
BTS
Ospita tutti gli insiemi di apparati che consentono la copertura radio
di una cella e che si interessano di ricevere ed inviare informazioni
sul canale radio, fornendo un’interfaccia fisica tra MS e BSC. Svolge
funzioni esecutive, come la gestione dei canali e la loro codifica, la
modulazione e demodulazione eseguendo anche il frequency hopping,
1.7. GSM
21
misurazioni sulla qualità dei segnali e del traffico sul canale, cifratura
dei dati dell’utente ecc..
BSC
È un’unità che svolge funzioni di basso livello per il controllo e la gestione di una o più BTS, controllando la connessione tra le BTS e la
centrale di commutazione vera e propria.
Le principali funzioni che deve svolgere sono:
- controllo e supervisione delle BTS;
- configurazione di ogni cella tramite l’assegnazione di canali di traffico e di controllo;
- instaurazione e rilascio delle connessioni;
- analisi delle misure relative alla qualità delle connessioni foniche sulla tratta radio;
- gestione degli handover, ossia i cambi di cella quando l’utente si
sposta durante una conversazione all’interno dell’area di copertura di
sua competenza.
NSS Con NSS si intende l’insieme delle unità funzionali centrali di commutazione e
database, che consentono di gestire la mobilità degli utenti e di effettuare il controllo delle chiamate, nonché supportare i servizi offerti dalla rete.
Un NSS è costituito da un elemento centrale l’MSC (Mobile Switching Centre)
e da quattro nodi, HLR (Home Location Register), VLR (Visitor Location Register), AuC (Authentication Centre), EIR (Equipment Identity Register), ai quali
sono appunto delegate tutte le funzioni di database.
MSC
È una centrale di commutazione per i servizi radiomobili che si occupa
di tutti gli aspetti inerenti al controllo delle chiamate, il supporto dei
servizi offerti dalla rete, la gestione della mobilità e le funzioni di alto
livello relative alla gestione delle risorse radio.
Un MSC ha in carico una certa area del territorio, all’interno della
quale deve servire tutte le MS presenti.
Per gestire la mobilità degli utenti esso deve scambiare continuamente
informazioni con un database (VLR) che memorizza temporaneamente
le informazioni relative alle MS che si trovano in quell’area.
HLR
È un database che memorizza in modo permanente tutte le informazioni
necessarie per identificare ogni utente che ha sottoscritto un abbonamento con il gestore di quella precisa rete e il VLR nel quale l’utente
22
in trova in quel preciso momento, così da permetterne una facile localizzazione. Quest’ultima informazione deve essere costantemente aggiornata.
Inoltre l’HLR ha il compito di comunicare al VLR alcuni dati relativi
agli utenti, nel momento in cui questi si spostano da una location area
ad un’altra.
VLR
È un database che memorizza in modo temporaneo la copia dei dati di
tutti gli utenti che si trovano nell’area geografica servita da quella MSC
in quel momento, tramite opportuna richiesta all’HLR di appartenenza
dell’utente.
Normalmente per semplificare le segnalazioni richieste e la struttura
del sistema, il VLR viene integrato nell’MSC, suddividendo in questo
modo il territorio in una service area MSC/VLR.
AuC
È una funzione del sistema, associata all’HLR, che si occupa di verificare se il servizio è stato richiesto da un abbonato legittimo, fornendo
i codici sia per l’autenticazione sia per la cifratura.
L’AuC provvede quindi a generare i parametri di sicurezza che sono
memorizzati nell’HLR.
I parametri di sicurezza sono dati da un insieme di tre elementi che
viene comunemente denominata “tripletta”.
Ogni tripletta, associata ad un ben preciso IMSI, è costituita dai seguenti parametri:
- RAND (Random), è un numero casuale inviato sulla tratta radio per
il calcolo dei parametri di autenticazione e di cifratura;
- SRES (Signed RESponse), costituisce il parametro di autenticazione
ed è ottenuto inserendo in un algoritmo una chiave di autenticazione
segreta ed il parametro RAND;
- Kc (chiave di cifratura), costituisce la chiave con la quale vengono
cifrate le informazioni sulla tratta radio.
EIR
È un database che verifica se un terminale mobile è autorizzato o meno
ad accedere al sistema.
Il database è diviso in tre sezioni:
- White List, che contiene tutti gli IMEI designati a tutti gli operatori
delle varie nazioni con cui hanno accordi di roaming internazionale;
- Black List, che contiene tutti gli IMEI che sono considerati bloccati;
1.8. HSCSD
23
- Grey List, che contiene tutti gli IMEI relativi ad apparecchi non
omologati.
OSS Come si è potuto notare, una rete GSM è composta da molte unità funzionali di
tipo diverso, le quali richiedono delle appropriate attività di Esercizio, Amministrazione, Manutenzione (OA&M, Operation Administration and Maintenance) che
devono essere opportunamente coordinate per evitare discrepanze tra i parametri di
rete. L’OSS include proprio queste funzioni.
Le funzioni di Esercizio e Manutenzione sono demandate all’OMC (Operation and
Maintenance Centre), mentre le funzioni di gestione al NMC (Network Management Centre).
OMC
È un centro di controllo che svolge funzioni di OA&M di una parte
della rete GSM costituita da uno o più MSC, con i BSC e le BTS ad
esso associati.
Le principali funzioni che deve svolgere sono:
- gestione dei guasti e della manutenzione della rete;
- gestione della configurazione e delle prestazioni dei Network Element;
- gestione della sicurezza del sistema;
- raccolta dei dati relativi alla tassazione.
NMC
Centro di gestione di rete che fornisce una visione complessiva di tutte
le attività di OA&M. In particolare coordina le attività degli OMC, evitando così discrepanze.
Le due unità funzionali GMC (GSM Management and operation Centre) e GSC (GSM Support Centre) che compongono l’NMC hanno
rispettivamente i seguenti compiti:
- GMC ha funzioni legate alla gestione dei guasti, delle prestazioni,
della configurazione ecc;
- GSC si occupa essenzialmente degli aspetti di tipo amministrativo
della rete.
1.8 HSCSD
La tecnologia HSCSD (High Speed Circuit Switched Data) permette di incrementare la
velocità dei dati in modalità a commutazione di circuito dai 9,6 kbps del GSM a 14,4
24
kbps, grazie ad un nuovo schema di codifica che aumenta il bit-rate su un solo timeslot.
HSCSD è in realtà un semplice aggiornamento del GSM e, se da un lato non va a
sfruttare la discontinuità del traffico dati a vantaggio di un uso ottimizzato delle risorse,
dall’altro non richiede nuovi elementi nella rete, lato gestore, ma solo apparati compatibili
con questa tecnologia da parte degli utenti.
1.9 GPRS
II GPRS (General Packet Radio System) [OB02][Ven03] è un sevizio end-to-end che
introduce nel GSM la trasmissione dati a commutazione di pacchetto.
Il GSM offre un servizio dati basato sulla tecnologia a commutazione di circuito,
tipica delle reti PSTN, il che comporta l’allocazione di risorse per tutta la durata della
connessione, risultando quindi conveniente per il trasporto di traffico generato da sorgenti
continue.
Per altri tipi di sorgenti, caratterizzate da traffico di natura intermittente o bursty
(la navigazione in Internet ne è un tipico esempio), la connessione a commutazione di
pacchetto risulta essere più efficiente. Il motivo risiede nel fatto che in questo modo
una connessione impegna risorse solo nel momento in cui ha dati da trasferire poiché
l’assegnazione delle risorse avviene facendo richiesta alla rete, la quale, in funzione della
disponibilità, serve immediatamente la richiesta o la accoda.
La flessibilità introdotta con la commutazione a pacchetto consente inoltre alla rete
di erogare il servizio dati indipendentemente dalla banda complessiva ad esso allocata. È
quindi possibile variare tale banda in modo dinamico, ad esempio in funzione delle risorse
radio attualmente non impegnate in modo GSM. Il GPRS diventa in questo modo anche
uno strumento per aumentare l’efficienza di utilizzo dell’interfaccia radio.
II GPRS è stato pensato per supportare sorgenti dati non real-time (NRT), cioè caratterizzate da un traffico con le seguenti caratteristiche:
• Traffico intermittente (bursty);
• Trasmissione frequente di piccoli quantitativi di dati (ad esempio 500 byte due volte
al secondo);
• Trasmissione sporadica di una quantità elevata di dati.
II servizio GPRS supporta un solo tipo di bearer service, ossia il Point-To-Point (PTP).
1.9. GPRS
25
Figura 1.17: Architettura della rete GPRS
Questo servizio consente il trasferimento di dati a pacchetto end to end, tipicamente
tra una stazione mobile e una rete a pacchetto, offrendo due tipi di interfacce per protocolli
di rete di livello 3 di OSI, ossia:
• PTP Connectionless Network Service (PTP-CLNS). Questo servizio supporta spec-
ificatamente applicazioni basate sul protocollo di rete IP;
• PTP Connection Orientated Network Service (PTP-CONS). Questo servizio sup-
porta specificatamente applicazioni basate sul protocollo di rete X.25.
1.9.1 Architettura della rete GRPS
Per supportare le funzionalità introdotte dal GPRS occorre modificare l’attuale rete GSM.
Per quanto riguarda la Rete di Accesso occorre introdurre un’unità funzionale chiamata PCU la quale è responsabile della gestione della interfaccia radio per la parte PS
(Packet Switching).
Per quanto riguarda la Core Network, si ha una netta separazione tra rete GSM e rete
GPRS, in quanto non si ha più condivisione di risorse tra i due servizi. Considerando
il datapath tra mobile e rete a pacchetto, troviamo due nuovi elementi di rete, il SGSN
(Serving GSN) e il GGSN (Gateway GSN). Lo split funzionale tra questi due elementi
riflette quello esistente nella core network GSM tra Visited MSC/VLR e Gateway MSC.
26
L’SGSN sovrintende ad una certa area della PLMN e mantiene le informazioni necessarie ad instradare pacchetti dati provenienti dal GGSN verso le stazioni mobili accampate
in tale area.
Il GGSN funziona come gateway verso reti a pacchetto esterne. Tali reti instradano i
pacchetti destinati alle stazioni mobili verso i GGSN, i quali, in funzione dell’indirizzo di
destinazione, individuano il SGSN di competenza.
Due differenti tipi di reti a pacchetto sono state introdotte per interconnettere i vari
elementi di rete:
• una rete FR tra BSC e SGSN;
• una rete IP, denominata intra-PLMN GPRS Backbone, per collegare SGSN e GGSN,
sulla quale vengono trasportati tramite un protocollo di tunneling, noto come GTP,
pacchetti di dati e segnalazione.
Il protocollo GTP viene utilizzato al fine di rendere omogeneo il trasporto di PDU IP e
X.25 e per motivi di sicurezza.
Allo scopo di rendere possibile il roaming, una terza rete, l’inter-PLMN GPRS Backbone, viene utilizzata per mettere in comunicazione PLMN diverse. Questa rete è basata
come la intra-PLMN GPRS Backbone su protocollo IP, ma l’uso di un elemento di interconnessione, il BG (Border Gateway), si rende necessario per garantire funzioni di
sicurezza e per il corretto instradamento dei pacchetti.
Le informazioni di sottoscrizione degli utenti GPRS vengono mantenute nell’HLR/GSM,
il quale è collegato con SGSN e GGSN tramite la rete SS7.
Per completare il quadro della rete, occorre menzionare la presenza di un elemento
di rete per la gestione della tariffazione del servizio GPRS, complementare o integrato
con il corrispondente elemento per la tariffazione del servizio GSM e il LIG (gateway per
intercettazioni legali).
PCU Come sottolineato in precedenza, l’interfaccia radio è l’unico punto della rete GSM/GPRS
in cui i due servizi condividono la stessa risorsa per il trasporto delle informazioni.
Il primo ruolo della PCU è proprio quello di definire la quota di risorse radio da
destinare all’erogazione del servizio GPRS (in termini di numero di timeslot).
Nel GPRS le connessioni non sono necessariamente simmetriche, infatti i canali
uplink e downlink, come del resto l’insieme delle risorse radio disponibili nelle due
direzioni, vengono gestiti in modo indipendente. Il criterio di assegnazione delle
1.9. GPRS
27
risorse è comunque lo stesso per le due direzioni: la PCU associa queste ultime
alle connessioni in funzione della richiesta complessiva e le richieste in eccesso
vengono temporaneamente accodate. Ciò significa che:
• in downlink, per fare fronte a situazioni di congestione, la PCU deve essere in
grado di memorizzare temporaneamente dati provenienti dal SGSN in attesa
che si liberino timeslot sull’interfaccia aria;
• in uplink la PCU deve essere in grado di accodare le richieste di accesso fatte
dalle stazioni mobili.
Ogni PCU presiede al controllo di una o più celle, questo le permette in caso di congestione su una cella di aumentare il numero di timeslot dedicati al traffico GPRS
su quella cella oppure forzare le stazioni mobili a usare i timeslot nelle celle vicine,
così da poter continuare a garantire un’adeguata qualità del servizio.
Se questi meccanismi di decongestione non sono applicabili o risultano insufficienti ad eliminare la congestione, la PCU può richiedere al SGSN una riduzione del
traffico su quella determinata cella, così da prevenire lo svuotamento della memoria
temporanea in downlink.
Questa richiesta fatta dalla PCU, nella direzione opposta si concretizza negando alle
stazioni mobili l’interfaccia radio.
A livello di gestione, vi è una forte integrazione fra PCU e BSS, infatti ad esempio
la segnalazione per i mobili collegati in modo PS utilizzano i canali di controllo
propri del servizio GSM, ossia il CCCH.
GGSN La funzionalità del GGSN come gateway che instrada dei pacchetti può essere
descritta facendo riferimento alle sue tre interfacce, rispettivamente verso le reti
PDN esterne (Gi), verso la PLMN (Gn) e verso l’HLR (Gc).
• Rispetto alla Gi, il GGSN è il punto di connessione della PLMN con le PDN,
per cui sovrintende a funzioni di sicurezza (fìrewall) e instradamento. Inoltre
ha funzioni che riguardano l’interworking con le reti esterne, come nel caso di
collegamento a reti IP, provvedendo all’assegnazione dinamica degli indirizzi,
etc..
Il GGSN può raccogliere informazioni per quanto riguarda la tariffazione
(tramite conteggio degli ottetti trasferiti attraverso la Gi) e misure statistiche.
28
• Rispetto alla Gn, il GGSN è responsabile per l’instradamento dei pacchetti
nella PLMN verso il SGSN. L’insieme delle informazioni, per ogni indirizzo
assegnato ad una stazione mobile, necessarie all’instradamento e a tutti i suoi
dati di connessione (QoS ad esempio) viene detto PDP context ed è compito
del SGSN tenerli aggiornati.
• Rispetto alla Gc, in quanto è possibile, per il GGSN, instradare pacchetti des-
tinati a indirizzi di rete per i quali non esiste alcun PDP context attivo. Se
questa opzione è abilitata per un dato indirizzo, il GGSN può, tramite accesso
all’HLR, iniziare una procedura di attivazione del contesto.
BG II Border Gateway è sostanzialmente router con funzioni aggiuntive di instradamento
e sicurezza. Il BG deve garantire il corretto instradamento dei pacchetti IP tra GSN
appartenenti a PLMN diverse, proteggendo quindi le PLMN nei confronti di accessi
indesiderati provenienti da altre PLMN e del traffico GPRS (dati e segnalzione) nel
caso in cui l’Inter GPRS Backbone venga implementato su rete Internet. Il BG
ha due interfacce, la Gn verso la rete PLMN e la Gp verso l’inter-PLMN GPRS
backbone.
SGSN Il SGSN è il nodo di servizio per tutte le stazioni mobili accampate nella sua
Routeing Area di competenza, cioè una parte di una regione compresa in una PLMN.
Il SGSN ha funzioni di Gestione della mobilità, ossia autenticazione, autorizzazione
e memorizzazione dei dati di sottoscrizione per tutti le MS presenti e del dettaglio
della posizione della stazione mobile durante la trasmissione dati o l’identificativo
di RA (Routing Area) in caso di inattività.
Inoltre l’SGSN si occupa di attivare e disattivare le connessioni dati (registrando
tutte le informazioni di instradamento tra stazione mobile e rete nel PDP context),
gestire le sessioni e comprimere e cifrare i dati.
L’SGSN è inoltre collegato tramite l’interfaccia Gs al sistema GSM, consentendole
di supportare in modo più efficace ed efficiente il funzionamento di stazioni mobili
operanti contemporaneamente in modalità PS e CS.
Come il GGSN, l’SGSN genera informazioni dettagliate necessarie alla tariffazione,
come la durata della connessione, il volume di traffico scambiato, TAPN, ossia il
punto di connessione con la PDN, etc.
DNS Gli Elementi di Rete connessi al GPRS Backbone sono associati in modo univoco
ad un indirizzo IP. È pratica corrente associare ad ogni indirizzo IP un’etichetta che
lo sostituisca completamente nella funzione di indirizzamento. Ciascun elemento
1.9. GPRS
29
di rete fa riferimento agli altri facendo uso di questa etichetta e, nel momento in cui
deve trasferire ad uno di essi un pacchetto, ricorre al servizio del DNS per conoscere
l’esatta corrispondenza tra etichetta e indirizzo IP.
Questa è la funzione del DNS, la quale comunque comporta molte comodità come
ad esempio:
• modificare l’indirizzo IP di un elemento di rete senza notifica dell’operazione
se non al DNS;
• mappare un APN su più GGSN.
GPRS Backbone L’insieme di intra- e inter-PLMN network costituisce un’unica rete IP
che interconnette tutti gli apparati di rete GPRS (laddove il roaming è consentito). Al fine di prevenire la duplicazione di indirizzi, l’assegnazione dei prefissi di
rete alle intra-PLMN network (il nome del dominio) deve essere coordinata da un
organo di coordinamento esterno ai singoli operatori.
1.9.2 Modi di funzionamento della rete
II canale comune di segnalazione per l’interfaccia radio GPRS può essere indifferentemente il CCCH, che in questo caso viene condiviso con il servizio GSM, o il PCCCH,
normalmente in uso esclusivo alle stazioni mobili collegate in modo a pacchetto. A prescindere dalla presenza del PCCCH, ad una stazione mobile impegnata nel trasferimento
di dati a pacchetto viene allocato un canale di segnalazione associato, il PACCH, il quale
sostituisce completamente il PCCCH/CCCH nelle sue funzioni per tutta la durata del
trasferimento.
La presenza del PACCH, unitamente al fatto che le stazioni mobili possono essere
collegate contemporaneamente ai due servizi, giustifica l’introduzione di un meccanismo
ad hoc per la gestione della paginazione, noto come paging-coordination, il cui supporto
è legato al modo di funzionamento della rete.
I modi di funzionamento sono tre, vediamoli brevemente:
• I mobili di classe A e B possono ricevere i paging in modo CS e PS sul canale di
controllo attualmente in uso in modo PS. Questo canale è il PACCH se la stazione
mobile è impegnata in un trasferimento dati, altrimenti il PPCH qualora il PCCCH
sia stato allocato o, in caso contrario, il PCH.
• In questo caso la rete invia tutti i paging sul PCH, indipendentemente dal modo di
funzionamento della stazione mobile.
30
Figura 1.18: La modulazione PSK nell’EDGE
È interessante sottolineare che una stazione mobile di classe B, impegnata in una
trasmissione dati di tipo a pacchetto, ascolta momentaneamente solo il canale di segnalazione associato (PACCH) e quindi non è in grado di recepire eventuali paging
a circuito che utilizzano il PCH. Il coordinamento della funzione di paging non è
supportato.
• In questo modo di funzionamento le reti CS e PS sono completamente disgiunte e le
funzioni di paging utilizzano i canali standard dei modi CS (CCCH) e PS (PCCCH
o CCCH). È interessante sottolineare che una stazione mobile di classe B impegnata
in una trasmissione dati di tipo a pacchetto ascolti momentaneamente solo il canale
di segnalazione associato (PACCH) e quindi non è in grado di recepire eventuali
paging in modo a circuito che utilizzano il CCCH. Il coordinamento della funzione
di paging non è supportato.
1.10 EDGE
La tecnica EDGE (Enhanced Data rates for GSM Evolution) è stata sviluppata da ETSI e
permette una maggiore velocità utilizzando un nuovo schema di codifica del segnale.
Il nuovo tipo di modulazione introdotto è l’8 PSK (Phase Shift Keing) il quale è
completamente compatibile con l’ampiezza di banda di 200 kHz adottata nel GSM.
Con questa nuova tecnica sono raggiungibili velocità nell’ordine dei 384 kbps per
frequenza portante.
L’EDGE comporta per i gestori della rete l’introduzione di nuovi elementi e per
l’utente l’utilizzo di un terminale compatibile.
1.10. EDGE
31
Figura 1.19: Continuare o imboccare una nuova strada?
Capitolo 2
Il sistema 3G: l’UMTS
Dopo aver analizzato le precendenti tecnologie di accesso alla risorsa radio, vediamo
quella che sarà utilizzata e studiata nel nosto lavoro di tesi: l’UMTS [GC03][UMT01].
2.1 Il sistema UMTS
Un sistema UMTS (Universal Mobile Telecommunications Service) è caratterizzato dall’esistenza di due sottoinsiemi di rete i quali, oltre al trasporto dei servizi all’utente,
svolgono le funzioni di controllo e gestione del traffico.
La parte di rete deputata a svolgere tutte le funzioni di autenticazione, commutazione,
tariffazione e interconnessione verso le altre reti mobili e/o fisse viene denominata Core
Network (CN).
La parte di rete che è deputata al collegamento dell’utente mobile e alla gestione delle
risorse radio viene denominata “Rete di Accesso UTRAN” (UMTS Terrestrial Radio Access Network)1 .
La rete di accesso è costituita da un gruppo di sottosistemi di rete radio chiamati RNS
(Radio Network Subsystem)2 , i quali, a loro volta, sono composti da un controllore di rete
chiamato RNC (Radio Network Controller)3 , e da un gruppo di stazioni base ricetrasmittenti che, in ambito UMTS, prendono il nome di Node-B.
Ciascun Node-B gestisce una serie di celle, mediamente 3, fino ad un massimo di
1 Con
questo termine viene definita la rete che, fisicamente, permette la realizzazione dell’accesso radio
UMTS. Nell’UTRAN si identificano i Node-B, gli RNC, e gli elementi per la loro interconnessione.
2 Sottosistema rete radio, ossia trattasi della parte di accesso costituita da un RNC connesso ad una serie
di Node-B. L’RNS è assimilabile alla BSS della tecnologia GSM.
3 Nella tecnologia UMTS è l’elemento di rete che controlla l’accesso radio e gli elementi ad essa connessi
(Node-B).
33
2. IL SISTEMA 3G: L’UMTS
34
Figura 2.1: Architettura della rete UTRAN
6, supportando trasmissioni in modalità FDD (Frequency Division Duplex), TDD (Time
Division Duplex) o entrambe.
Il collegamento con gli utenti mobili viene realizzato mediante l’intefaccia in aria,
detta Uu, la quale ha il compito di trasportare, oltre ai servizi di utente, anche tutte le
informazioni che servono per la gestione della mobilità, delle risorse radio, e dei controlli
di rete.
Come possiamo vedere in Fig. 2.1, il sottosistema di accesso radio RNS si collega
alla Core Network mediante l’interfaccia Iu4 , e, poiché le reti UMTS possono supportare
servizi a commutazione di circuito e, contemporaneamente, quelli a commutazione di
pacchetto, ciascuna interfaccia Iu viene specializzata per il tipo di servizio che trasporta.
Le connessioni verso la parte di rete deputata a fornire servizi a commutazione di
circuito prendono il nome di Iu-CS, mentre quelle deputate al trasporto di servizi a commutazione di pacchetto prendono il nome di Iu-PS.
All’interno della rete UTRAN si ritrovano invece le connessioni tra gli elementi stessi
della rete. L’interfaccia Iub5 è dedicata al collegamento dell’RNC con i vari Node-B che
esso controlla, mentre l’interfaccia Iur collega tra loro i RNC appartenenti ai diversi RNS
della stessa rete UTRAN.
4 Interfaccia
5 Interfaccia
UMTS tra l’UTRAN e la Core Network, standardizzata a livello internazionale dal 3GPP.
tra i Node-B e l’RNC, standardizzata a livello internazionale dal 3GPP.
2.2. Gli elementi di rete
35
Figura 2.2: Architettura della rete UMTS
2.2 Gli elementi di rete
L’elemento centrale della rete di accesso è l’RNC, il quale svolge la funzione di gestire
tutte le funzionalità dell’interfaccia radio lato utente, e rendere possibile il trasporto dei
servizi in modo trasparente verso la CN.
In questo modo la mobilità dell’utente è controllata completamente dall’UTRAN, così
come le funzionalità di handover6 e macrodiversità7 (queste due funzionalità saranno
descritte in dettaglio nel Par. 2.3).
Utilizzando questa struttura di rete, la CN viene ad essere completamente separata
nelle funzioni di trasporto dei servizi, mentre le funzioni di controllo e segnalazione ter6 Con
il termine “Handover” si intende la procedura che consente ad un terminale mobile di mantenere
attiva una conversazione quando, durante la sua mobilità, necessita di avere a disposizione delle nuove
risorse radio.
7 Nell’UMTS l’handover è legata alla “Macrodiversità” ovvero alla possibilità di ricevere il servizio mediante la connessione contemporanea a due o più celle per utilizzarne il contributo totale. Così facendo
si aumenta l’efficienza, in quanto la trasmissione avverrà con minore potenza, e si producono meno interferenze verso gli altri utenti, permettendo poi di potersi riallocare sulle nuove risorse senza prima doversi
disconnettere da quelle precedenti.
36
Figura 2.3: Stratificazione a livello funzionale della rete UTRAN
minano nell’RNC stesso, il quale provvederà a convertirle nei formati di protocollo radio
necessari all’utente.
Come possiamo vedere in Fig. 2.3, una prima suddivisione logica viene fatta dividendo su due differenti strati le funzionalità della rete di accesso.
Viene identificato come “Strato di Accesso” l’insieme delle funzionalità che sono
direttamente interessate alla manipolazione da parte del protocollo radio, mentre l’altro
strato non è interessato ad alcuna manipolazione da parte di questo, e in definitiva trattasi
del servizio vero e proprio che l’utente dovrà ricevere.
Per ciascuna interfaccia viene rappresentato con linee continue il percorso delle informazioni di utente, mentre con le linee tratteggiate vengono rappresentati i percorsi dei
controlli e delle segnalazioni che sono ad essi dedicati.
Nella rappresentazione grafica vengono tracciate due linee per ciascuna interfaccia,
ma rimane chiaro che trattasi in realtà di un’unica connessione che veicola contemporaneamente utenti e controlli, i quali sono separati mediante assegnazione di diversi indirizzi VCI (Virtual Circuit Identifier)8 del circuito ATM (Asyncronous Transfer
Mode)9 .
8 Identificatore
di circuito virtuale, informazione contenuta nell’intestazione di un pacchetto ATM che
ne definisce il circuito di appartenenza.
9 Protocollo di trasporto dei dati sulla rete utilizzando celle da 53 Byte, che possono essere commutate
separatamente sui nodi di rete utilizzando degli indirizzamenti di percorso e di circuito contenuti negli
header dei pacchetti stessi. Il contenuto informativo di questi pacchetti viene adattato con gli AAL secondo
la sorgente del segnale che dovranno trasportare.
2.2. Gli elementi di rete
37
Le diverse colorazioni delle linee tratteggiate servono ad evidenziare che, sul piano del
controllo, le informazioni viaggiano con protocolli diversi, e l’RNC svolgerà la funzione
di conversione dei differenti protocolli utilizzati nei vari punti della rete.
L’interfaccia in aria viene rappresentata con una linea continua, ma avente diverso
colore, poiché a questo livello i controlli dedicati al singolo utente vengono trasportati
sulla stessa interfaccia mediante la multiplazione dei canali controllo con quelli di traffico.
Nota: Il protocollo utilizzato sul piano del controllo delle interfacce Iu viene denominato
RANAP (Radio Access Network Application Part), mentre il protocollo utilizzato
nelle interfacce Iub è denominato NBAP (Node B Application Protocol).
Il NBAP trasporta tutte le informazioni di controllo RRC di tutti gli utenti serviti
dal Node-B stesso.
L’RNC, controllando il protocollo radio ed i Node-B ad esso connessi, svolge le funzioni
di gestione delle risorse radio e controllo dei radio bearer10 .
Nel sistema UMTS si posso veicolare differenti tipi di bearer in funzione dei servizi
richiesti e del tipo di dati che dovranno essere trasmessi, e le caratteristiche di questi
vengono negoziati in fase di richiesta della connessione. I servizi che presentano delle
criticità nel ritardo della trasmissione verranno trasportati su un bearer a commutazione
di circuito, mentre i servizi di trasmissione dati verranno trasportati su un bearer a commutazione di pacchetto.
Oltre al tipo di trasporto, per ciascun bearer viene definita anche la qualità minima del
livello richiesto alla trasmissione.
Il sistema UMTS è in grado di fornire più di un bearer nello stesso collegamento fisico
garantendo così più servizi in un’unica sessione.
Il compito di realizzare le trasmissioni radio (modulazione, ricetrasmissione, alcuni
controlli di potenza) per il trasporto delle informazioni agli utenti serviti all’interno delle
celle viene demandato ai Node-B stessi.
In pratica il Node-B riceve dall’RNC le risorse che deve destinare ai singoli utenti, e
dovrà solamente trasmettere in aria quanto ricevuto, aggiustandone però i livelli di potenza secondo le informazioni che gli provengono dall’RNC stesso e, contemporaneamente,
effettuare le misure di potenza (chiamate SIR11 ) e di qualità (chiamate BER12 ) sul segnale ricevuto, per consentire all’RNC di aggiustare i propri parametri nella gestione delle
10 Con
il termine “Bearer” si indica un percorso di trasmissione delle informazioni con definite capacità
di ritardo, velocità e qualità minima del collegamento.
11 Signal-to-Interference Ratio. Rapporto segnale su interferente, parametro che viene utilizzato nell’interfaccia radio UMTS per determinare la qualità di un collegamento. Il SIR svolge un ruolo fondamentale
nelle procedure di controllo della potenza.
12 Bit Error Rate. Rapporto bit errorati, questo parametro esprime la percentuale dei bit errorati rispet-
38
Figura 2.4: Serving e Drift
risorse radio.
Un RNC può lavorare in modalità SRNC (Serving Radio Network Controller, detta
anche semplicemente “Serving”), così come in modalità DRNC (Drift Radio Network
Controller, detta anche semplicemente “Drift”) come mostrato in Fig. 2.4.
Nel primo caso trattasi dell’RNC che controlla e gestisce le risorse dell’utente, mentre nel secondo caso l’RNC non fa altro che reinstradare i segnali provenienti dai propri
Node-B verso il Serving e, contemporaneamente, allocare gli stessi codici di canalizzazione definiti da quest’ultimo. Per questa funzionalità i “Radio Network Controllers”
si avvalgono del collegamento reso possibile dall’interfaccia Iur.
Questa funzionalità consente un’efficiente gestione della mobilità dell’utente, con la
possibilità per quest’ultimo di ricevere servizio anche dalle stazioni appartenenti a RNS
diversi da quello di origine della chiamata.
In un collegamento come quello rappresentato in Fig. 2.4, l’SRNC avrà anche il
compito di ricombinare i segnali di utente provenienti dai due diversi percorsi.
to al totale dei bit trasmessi in un determinato periodo di osservazione, ed è uno dei parametri per la
determinazione della qualità di un collegamento digitale.
2.3. Handover e macrodiversità
39
2.3 Handover e macrodiversità
La possibilità di mantenere attivo un servizio dato ad un utente che si trova in condizioni
di mobilità viene gestito dalle procedure di handover.
Nella rete UMTS vengono resi disponibili i seguenti tipi di handover:
• Inter-Handover (handover tra reti differenti). Questa procedura consente ad un
utente UMTS di passare sulla rete GSM/GPRS quando le condizioni di copertura
non consentono di mantenere il collegamento sulla rete UMTS.
Questo tipo di handover è chiaramente possibile solamente per i servizi che sono
supportati anche dalla rete di seconda generazione, e per le trasmissioni dati l’utente
risentirà della minore velocità di trasmissione che tali reti possono raggiungere.
L’implementazione di questa possibilità, resa possibile solamente con utilizzo di
terminali mutistandard, permetterà una maggiore mobilità all’utente anche nelle
fasi di prima implementazione della rete UMTS.
Con il termine Inter-Handover si identifica anche il passaggio delle risorse da una
rete UMTS ad un’altra dello stesso tipo (es. handover tra due gestori per esempio
in caso di roaming).
• Intra-Handover (handover eseguito all’interno della rete UMTS). Questa funzion-
alità consente ad un utente UMTS di ricevere le risorse necessarie alla sua comunicazione internamente alla stessa rete. L’Intra-Handover viene gestito dalla rete
UMTS avvalendosi della possibilità di fornire il servizio utilizzando più di un collegamento radio per lo stesso utente (Macrodiversità).
In questa modalità vengono identificate ben quattro procedure di handover che la
rete può utilizzare:
-Hard handover;
-Soft handover;
-Softer handover;
-Handover interfrequenza.
Hard handover L’Hard handover è molto simile alla procedura utilizzata nella rete
GSM, in pratica la connessione dell’utente viene assegnata ad un altro NodeB previo rilascio della connessione stessa dalla Stazione Base servente.
La necessità di rilasciare una connessione prima di assegnare nuove risorse si
rende necessaria solamente quando si passa da una rete ad un’altra (es. UMTS
verso GSM o handover tra due gestori), che peraltro rientra nelle modalità di
40
Figura 2.5: Softer e Soft handover
Inter-Handover, oppure quando all’interno della stessa rete UMTS si devono
riallocare le risorse su una differente portante.
La possibilità di utilizzare diverse portanti sulla stessa rete UMTS è dettata
dall’esigenza di coprire determinate aree con celle aventi differenti caratteristiche. Aree rurali o suburbane vengono coperte con celle ad ampio raggio
utilizzanti il metodo W-CDMA, mentre nelle aree urbane ad alta densità di
traffico si preferisce utilizzare una copertura picocellulare con tecnica TDCDMA.
Un’area coperta da una macrocella può avere al suo interno delle aree coperte
da picocelle (copertura a struttura gerarchica).
Esiste anche la possibilità di realizzare delle coperture di tipo Hot-Spot, nelle
quali portanti multiple coprono la stessa area.
Softer e Soft handover Un utente UMTS ha la possibilità di essere servito da più
celle in contemporanea. Questa funzionalità, detta Macrodiversità, è resa possibile dall’utilizzo dei “Ricevitori Rake”, i quali possono estrarre lo stesso
segnale proveniente da sorgenti differenti poiché li considera come differenti
percorsi per effetto di cammini multipli dello stesso segnale.
Nella rete UMTS si ha il vantaggio che ciascuna cella coinvolta nel collegamento potrà trasmettere con potenze molto basse, con conseguente aumento
delle capacità di cella, e i ricevitori possono utilizzare tutte le componenti
trasmesse combinandole fra loro.
Tutte le celle ed i rispettivi Node-B coinvolti nel Soft-Softer handover vengono definiti Active Set (AS). La dimensione massima che può avere un AS è
determinata dai parametri fissati sulla rete.
2.4. Il controllo di potenza
41
Con il termine “Softer Handover” si indica la connessione che coinvolge due
celle dello stesso Node-B, mentre con il termine “Soft Handover” si indica la
connessione che sfrutta celle appartenenti a differenti Node-B.
Con la macrodiversità, a differenza dei sistemi precedenti, viene assicurata la
mobilità dell’utente in modo dolce, senza dover quindi rilasciare le risorse di
una cella prima di ricevere servizio dalle altre adiacenti.
I diversi percorsi di propagazione vengono combinati al ricevitore portando
un guadagno di diversità sul segnale ricevuto (Diversità Macro). Nel caso di
Softer handover la connessione è gestita all’interno dello stesso Node-B, mentre nel caso di Soft handover viene coinvolto anche l’RNC.
Qualora un Active Set sia composto da Node-B controllati da RNC diversi è
possibile mantenere il collegamento sfruttando l’interfaccia Iur, e solamente
un RNC avrà il compito di gestire il controllo dell’utente (SRNC), mentre gli
altri saranno guidati dall’RNC servente (DRNC).
Handover interfrequenza L’handover interfrequenza può essere utilizzato quando all’interno della stessa cella vengono utilizzate più portanti. I motivi che
spingono ad utilizzare questo tipo di configurazione sono dettati in fase di pianificazione per consentire alla rete di dare servizi multimediali in aree ad alta
densità di popolazione, dove l’utilizzo di una sola portante non è sufficiente a
coprire le esigenze di traffico.
2.4 Il controllo di potenza
A differenza del GSM, dove la potenza viene regolata in trasmissione, in funzione del
livello ricevuto dal terminale, nel sistema UMTS viene controllato un parametro che ne
definisce la qualità del livello (SIR), il quale viene determinato dall’RNC, e viene raggiunto mediante trasmissione di un appropriato livello di potenza da parte del Node-B in
downlink, e dell’UE in uplink.
Il sistema W-CDMA è molto sensibile al controllo di potenza, ed è essenziale che tutti
i terminali raggiungano il Node-B con una tale potenza che ne determini un valore di SIR
appropriato.
Se il SIR raggiunto è troppo basso il segnale non può venire correttamente decodificato dall’UE, e poiché tutti gli utenti trasmettono in contemporanea (nel caso di utenti
connessi), il segnale sarà avvertito come rumore. Questo fenomeno determina quindi le
42
capacità delle risorse radio poiché maggiore è l’interferenza e maggiore sarà il livello di
congestione della cella.
Possiamo quindi comprendere che un buon algoritmo di controllo della potenza potrà
ottimizzare al meglio le risorse radio di una cella. A questo controllo è affidata altresì la funzione di mantenere una buona qualità del segnale sul collegamento radio e
di mantenerlo stabile.
Un altro effetto che va ad influire sul controllo di potenza è la propagazione per cammini multipli, i quali creano ulteriore sorgente di interferenza tra i vari utenti se i codici
utilizzati non sono perfettamente ortogonali.
Dobbiamo tenere presente inoltre che i terminali sono posti a differente distanza dalla
stazione base, quindi i loro segnali hanno differenti attenuazioni sul percorso. Vista la
mobilità dei terminali, il controllo di potenza deve essere controllato molto spesso.
Esempio: Una situazione classica è quella di un veicolo che, viaggiando in ambito urbano, si trova ad avere delle costruzioni interposte rispetto alla stazione base. In tal
caso la potenza che il mobile dovrà trasmettere sarà relativamente alta ma, appena
il veicolo passa oltre questa costruzione, è possibile che la stazione base sia direttamente in visibilità con la conseguenza che il terminale potrebbe interferire con gli
altri utenti fino a che non ne venga ridotta la propria potenza in trasmissione (effetto
di Fast Fading).
Poiché questo tipo di variazione è molto repentina, è necessario che anche il controllo di potenza agisca in tempi molto brevi. Lo standard UMTS definisce delle procedure per le quali la potenza viene controllata 1.500 volte al secondo (praticamente
ogni timeslot).
Il controllo di potenza, oltre a ridurre le interferenze nella cella e compensare gli effetti di
fading, riduce le interferenze tra le celle adiacenti e consente di salvaguardare il consumo
della batteria sull’UE.
2.4.1 Procedure di controllo della potenza
Nello standard UMTS sono definite delle procedure separate per il controllo sui canali
comuni da quelle per i canali dedicati:
1. I canali comuni uplink utilizzano una procedura definita Open Loop Power Control.
2. I canali dedicati utilizzano invece una procedura definita Closed Loop Power Control. Questa, a sua volta, sfrutta due procedure denominate Inner Loop e Outer
Loop.
2.4. Il controllo di potenza
43
Mentre il controllo Open Loop applicato sui canali comuni determina la qualità delle
risorse condivise, i controlli Closed Loop hanno lo scopo di mantenere la qualità della
comunicazione tra UTRAN e UE con un valore di SIR il più vicino possibile al minimo
richiesto per la tipologia del servizio richiesto.
Open Loop Power Contol Questo tipo di controllo viene utilizzato quando il terminale
mobile è in stato di riposo. La stazione base (Node-B) invia sui canali comuni di
controllo (BCCH) l’informazione della potenza con cui sta trasmettendo sul PCCPCH, cosicchè il terminale può comparare questa informazione con il segnale
effettivamente ricevuto ed è in grado di calcolarne l’attenuazione di tratta e stimare
il livello di potenza necessario per raggiungere un determinato SIR nella direzione
uplink del canale RACH.
Quando il terminale avvia una procedura di richiesta connessione inizia a trasmettere con un livello di potenza di 10 dB sotto il livello stimato e, se il Node-B non
riesce a ricevere correttamente il mobile, quest’ultimo ripete la richiesta aumentando progressivamente la potenza fino a raggiungere il massimo livello calcolato
dalle informazioni del sistema. Questa procedura garantisce che una richiesta per
una nuova connessione non vada ad interferire con le comunicazioni già in corso.
Closed Loop Power Control Vediamo in dettaglio le due procedure.
Inner Loop Power Control Questo controllo, che viene denominato anche Fast
Power Control, ha il compito di rispondere alle variazioni repentine delle
caratteristiche di propagazione, ed è basato sui segnali effettivamente ricevuti dal Node-B e dall’UE durante la connessione.
Entrambi questi elementi della rete misurano il SIR ricevuto (SIRest), e lo
comparano con il SIR ottimale comunicato dall’RNC tramite i canali di controllo (SIRtarget).
Se il Node-B rileva un SIRest più basso del valore SIRtarget definito dall’RNC, verso il terminale mobile viene inviato un comando TPC con la richiesta di aumentare la potenza in Tx. La stessa procedura viene eseguita dal
terminale mobile verso l’altra direzione del collegamento.
Il comando TPC, che viene trasmesso 1500 volte al secondo in entrambe le direzioni, trasporta l’informazione di aumentare o di diminuire la potenza di un
certo livello, e normalmente ha un valore preimpostato di 1 dB. È comunque
possibile con un solo comando far variare la potenza con un passo molto più
ampio.
44
In pratica la logica con cui viene generato il TPC è la seguente:
Se il SIRest è ≥ al SIRtarget, viene inviato il comando TPC di ridurre la potenza di un gradino.
Se il SIRest è < al SIRtarget, viene inviato il comando TPC di aumentare la
potenza di un gradino.
Come possiamo notare, anche se il SIRest è uguale al SIRtarget viene comunque inviato un comando TPC di riduzione della potenza, e questo comporta un continuo aggiustamento della potenza anche se la trasmissione si
trova in condizioni ottimali.
Outer Loop Power Control Con il controllo outer loop l’RNC determina il valore di SIRtarget che dovrà essere utilizzato nell’inner loop. L’RNC valuta le
misure di qualità effettuate sul segnale (potenza Rx e BER) e, in funzione di
questi valori, nonchè del tipo di servizio richiesto, stabilisce il SIRtarget da
utilizzare sul collegamento.
Questo controllo, che viene effettuato indipendentemente per ciascuna connessione, si aggiorna con una frequenza di circa 100 volte al secondo.
2.4.2 Il controllo di potenza in caso di un Soft Handover
Nel caso che un terminale sia impegnato in un soft handover, questo registra tutti i comandi TPC provenienti da tutte le celle dell’Active Set e, se anche uno solamente comunica
al mobile di ridurre la potenza, il comando verrà eseguito.
Questo caso avviene quando quel particolare Node-B riceve il segnale con un adeguato
valore di SIR. Se più di un Node-B comunica di ridurre la potenza, il mobile eseguirà il
comando rispetto a quello che comunicherà il più grande valore di diminuzione.
Un terminale aumenterà la propria potenza solamente se tutti i Node-B invieranno un
comando di aumento della potenza, e questo verrà fatto rispetto a quello che comunicherà
il più piccolo valore di incremento.
Questo caso avviene quando nessun Node-B riceve un sufficiente segnale dall’UE.
Nella direzione uplink il segnale viene controllato dall’Open Loop Power Control in
modo da poter arrivare al Node-B con la stessa potenza.
Nel caso di Fast Power Control invece la potenza viene aggiustata per compensare gli
effetti di fast fading e di solito si richiede una dinamica di 30 dB. Se poi consideriamo
che un terminale possa essere posizionato vicino alla stazione base, e un altro invece
potrà essere ad una maggiore distanza, la dinamica richiesta per compensare anche questo
effetto potrà arrivare fino a 80 dB (Near to Far Effect).
2.5. L’effetto del Cell Breathing
45
Questa compensazione è importante, infatti se consideriamo per esempio una situazione ove vi siano due utenze sulla stessa cella, e non esista un controllo della potenza, entrambi i terminali trasmetterebbero con un determinato livello di potenza ma, se
uno di questi fosse più lontano dell’altro, il suo segnale arriverebbe al Node-B con un
livello sensibilmente più basso, con la conseguenza di non poter essere correttamente
decodificato.
Il segnale prodotto dal terminale vicino crea una forte interferenza rispetto all’altro
terminale, il quale si troverebbe in una situazione di rapporto segnale/rumore molto basso. Questo effetto, denominato “Near to Far Effect”, richiede quindi che il controllo di
potenza agisca in modo indipendente per ciascun utente, in modo da consentire che tutti i
segnali arrivino al Node-B con la stessa potenza.
Il terminale dovrà quindi poter compensare una dinamica di 80 dB e, date le caratteristiche di sensibilità di un Node-B, significa che dovrà poter trasmettere potenze che
variano da +20 dBm fino a -60 dBm.
2.5 L’effetto del Cell Breathing
Per effetto del controllo di potenza le celle UMTS hanno dimensioni variabili. Quando
viene servito un basso numero di utenti, il contributo che viene dal rumore è relativamente
basso e questo consente di utilizzare una determinata potenza per raggiungere il desiderato
valore di segnale/rumore (Eb/No) necessario alle varie comunicazioni.
Quando il numero degli utenti serviti dalla cella aumenta, anche il rumore aumenta in
proporzione e per mantenere un accettabile rapporto di segnale/rumore si rende necessario
diminuire la potenza in trasmissione per tutti gli utenti serviti, con conseguente riduzione
del raggio di copertura della cella stessa.
In seguito a questo fenomeno, gli utenti che sono localizzati al bordo della cella vengono a perdere la connessione con la cella servente, pertanto questo effetto deve essere
considerato in fase di pianificazione affinchè le celle adiacenti possano comunque farsi
carico di mantenere le comunicazioni, magari utilizzando la macrodiversità.
2.6 L’interfaccia in aria
L’interfaccia in aria è sicuramente la più complessa ed interessante da analizzare. Tramite
questa interfaccia è possibile stabilire la connessione tra la rete di accesso UTRAN ed il
terminale mobile UE.
46
Figura 2.6: Cell Breathing
Abbiamo visto che l’interfaccia Uu13 utilizza la tecnica del CDMA per la condivisione
dell’accesso tra i vari utenti e che in aria viene trasmessa una sequenza di informazioni
strutturate in trame da 10 mSec, le quali, a loro volta, sono suddivise in 15 intervalli
temporali. Quello che ancora non è stato detto è come viene realizzata la coesistenza
di canali dedicati al controllo delle varie funzionalità della rete e delle risorse radio, con
quelli dedicati al trasporto delle informazioni di utente.
Per consentire la flessibilità che il sistema UMTS richiede, nella struttura protocollare
della rete, sono stati definiti tre livelli di canale:
• Canali fisici. Lo scambio delle informazioni in aria avviene utilizzando i canali
fisici, i quali portano multiplati al loro interno uno o più canali di trasporto. Ciascun
tipo di canale fisico ha una ben determinata struttura che si adatta alla trama definita
per l’interfaccia CDMA dell’UMTS.
• Canali di trasporto. Questi canali viaggiano a livello di rete sulla interfaccia Iub,
mentre sul terminale di utente vengono gestiti da un protocollo denominato MAC.
L’utilizzo di questo livello consente di trasportare sulla rete i vari canali logici dedicati ai vari utenti in modo molto flessibile, con possibilità di separare le risorse
condivise da tutti gli utenti serviti da una determinata cella (o Node-B) da quelle
utilizzate in modo dedicato per un solo utente servito dalla rete, inoltre consente di
gestire variazioni di traffico senza la necessità di riconfigurazione dei canali logici
da parte del protocollo RRC.
13 Questa
è l’interfaccia radio dell’UMTS, cioé l’interfaccia tra il Terminale Mobile ed il Node-B.
2.6. L’interfaccia in aria
47
Figura 2.7: Schema logico dello scambio delle informazioni nell’UMTS
• Canali logici. I canali logici appartengono allo strato di non accesso, non sono
quindi interessati dalle procedure di gestione delle risorse radio. Essi si avvalgono
dei canali di trasporto per essere portati a destinazione in modo trasparente (reteutente e viceversa), lasciando ai canali di trasporto, e a più basso livello a quelli
fisici, il compito di trovare il modo per essere consegnati all’utente sfruttando al
meglio le risorse radio disponibili.
Facendo riferimento alla Fig. 2.7, possiamo vedere come i canali logici, che sono al
livello più alto, vengono trasportati sulla rete per convergere poi sull’interfaccia in aria
Uu.
Le risorse vengono gestite dal protocollo RLC, mentre il livello MAC provvede a
gestire la modalità di trasporto dei canali logici.
Volendo dare una sintetica spiegazione sulla funzionalità dei protocolli utilizzati sulla
rete UMTS, possiamo affermare quanto segue:
• Il protocollo RRC, che si trova nel solo piano di controllo, gestisce le modalità
di instaurazione di una chiamata, della sua eventuale reconfigurazione in caso di
48
variazione del tipo di servizio utilizzato e provvede al rilascio delle risorse radio
(Radio Access Bearer) al termine della chiamata stessa.
• Il protocollo RLC provvede alla gestione del servizio stesso e può lavorare in tre
modi differenti (Trasparente, Riconosciuto, Non Riconosciuto), dando la possibilità
di realizzare un collegamento affidabile.
• Il protocollo MAC gestisce lo scambio di informazioni tra il livello fisico e l’RLC
ed ha la possibilità di poter configurare un servizio in modi diversi, permettendo
così la flessibilità nella gestione di traffico a velocità variabile.
• Il livello fisico provvede alle funzioni di trasmissione in aria del segnale e realizza
le funzioni di protezione alle trasmissioni mediante interleaving e codifica per la
rilevazione/correzione degli errori.
2.6.1 I canali logici
I canali logici sono definiti in funzione del tipo di informazione che deve essere trasferita
e un determinato set di canali logici viene utilizzato a seconda del tipo dei servizi richiesti.
Esistono canali dedicati alle funzioni di controllo ed altri dedicati al traffico vero e proprio.
Incominciamo a vedere i vari canali:
Canali di Controllo: In questo gruppo vengono compresi tutti i canali che consentono
lo scambio delle informazioni relative al piano di controllo della rete.
Fanno parte di questa categoria i seguenti canali:
• BCCH: canale di diffusione delle informazioni di sistema.
• PCCH: canale di controllo delle chiamate.
• CCCH: canale di controllo per tutti gli utenti serviti dalla cella (o Node-B).
• DCCH: canale di controllo dedicato ad un deteminato utente in conversazione.
Canali di Traffico: Questo gruppo di canali è dedicato al trasporto delle informazioni di
utente.
• DTCH: canale di traffico dedicato ad un solo utente.
• CTCH: canale di traffico dedicato a tutti gli utenti serviti dalla cella (o Node-
B).
49
2.6.2 I canali di trasporto
I canali di trasporto veicolano i vari canali logici nel modo più appropriato per il tipo di
servizio che essi trasportano. È a questo livello che viene definito il valore di SF da utilizzare e un canale logico può avvalersi di più canali di trasporto. L’aggregazione di questi
canali può avvenire in diverse modalità, permettendo così una notevole flessibilità nel
“come” e “del cosa” trasportare in funzione delle classi di servizio14 richieste dall’utente,
e delle rispettive Qos da raggiungere.
Esempio: Un servizio tradizionale di conversazione vocale lavora con una ben determinata bit-rate (la più classica è 12,2 Kbps), con nessuna necessità di variazione
di questo valore durante il collegamento. E’ pertanto logico pensare che per questo
tipo di servizio venga utilizzato un canale di trasporto dedicato bidirezionale (DCH),
il quale avrà mappato al suo interno il canale logico DCH. Un invio di un “messaggino” (Short Message) oppure l’accesso ad un server di posta elettronica hanno la
caratteristica di utilizzare le risorse in modo casuale e non ripetitivo e l’allocazione
di un canale dedicato per questo tipo di servizi sarebbe solamente uno spreco di
risorse. In questo caso può essere utilizzato un canale di trasporto comune ed a
tale scopo sono ottimali i canali RACH (per uplink) e FACH (in downlink), i quali
avranno mappato al loro interno lo stesso canale logico DTCH utilizzato nel primo
esempio, ma avente diversa classe di servizio.
Nei canali di trasporto viene fatta una suddivisione primaria in funzione dei destinatari
dell’informazione:
Canali Dedicati: In questo gruppo esiste solamente un tipo di canale:
DCH: canale dedicato utilizzato in entrambe le direzioni per i servizi destinati ad
utenti ben definiti da specifico codice di canlizzazione.
Questo canale è caratterizzato dalla possibilità di poter cambiare velocemente
la velocità di trasporto delle informazioni (ogni 10 mSec) e viene controllato in potenza con la procedura del “Fast Power Control” (Inner Loop, vedi
Pag. 43).
Canali Comuni: I canali di questo gruppo sono condivisi da tutti gli utenti serviti in una
cella:
14 Nel
sistema UMTS vengono implementate differenti possibilità di trasporto del segnale verso l’utente,
e queste dipendono dal tipo di servizio che l’utente ha intenzione di utilizzare. Vengono così definite le
seguenti classi di servizio: Conversational, Streaming, Interactive e Background.
50
• BCH: canale di diffusione utilizzato in downlink per tramettere le informazioni
di cella e di sistema.
• FACH: canale trasmesso in downlink per l’accesso rapido a terminali serviti
dalla cella.
• PCH: canale trasmesso in downlink per la gestione delle chiamate.
• RACH: canale di accesso casuale trasmesso in uplink. Serve per le procedure
di accesso alla rete da parte del terminale.
• CPCH: canale comune a pacchetto trasmesso nella direzione uplink per il
trasporto di informazioni casuali (burst).
• DSCH: canale condiviso trasmesso in downlink per informazioni comuni a
gruppi di terminali. Questo viene trasmesso sempre associato con un DCH.
Il protocollo MAC definisce le modalità rispetto alle possibili combinazioni che i vari
canali logici possono utilizzare per essere portati sui canali di trasporto.
2.6.3 I canali fisici
A questo livello i canali presentano una struttura definita su trame di 10 mSec con differenti caratteristiche in funzione della direzione del collegamento. Essi sono deputati alla
trasmissione in aria delle informazioni e sono caratterizzati dall’utilizzo di determinate
modalità di modulazione.
Differenti tipi di canale fisico sono definiti per adattare al meglio i vari canali di
trasporto che essi portano multiplati al loro interno.
• Canali fisici in uplink: Il canale dedicato in uplink è caratterizzato dalla coesisten-
za di due canali trasmessi in parallelo, uno per lo scambio delle informazioni dell’utente e l’altro per quelle di controllo del collegamento.
Per la trasmissione delle informazioni dedicate, il canale di trasporto “dedicato”
DCH viene trasmesso su due canali fisici (DPDCH e DPCCH), i quali presentano
una ben definita struttura sulla base dei singoli timeslot trasmessi sulla trama (vedi
Fig. 2.8).
Il DPDCH viene utilizzato per la trasmissione del servizio richiesto dall’utente (in
realtà un utente può ususfruire di più DPDCH in parallelo, fino al limite di 6, ciascuno con un proprio codice di canalizzazione), mentre viene lasciato al DPCCH il
compito di trasportare quanto necessario per il controllo del collegamento e informare il ricevitore di cosa viene traportato nel DPDCH ad esso associato (funzione
51
Figura 2.8: Canale fisico dedicato in uplink
del TFCI15 ).
Ogni Time Slot è composto da 2.560 Chips, e la quantità dei bit che vengono
trasmessi dipende dal valore di SF utilizzato per lo spreading. Il valore “K” è appunto un fattore che serve a determinare la quantità dei bit trasmessi nel singolo
timeslot per ciascun canale.
Il valore "K", che può variare da 0 a 6, è dato dalla relazione:
256
)
(2.1)
SF
Ne deriva che in uplink possono essere utilizzati valori di SF compresi tra 4 e 256.
Per quanto riguarda invece il canale di controllo DPCCH viene utilizzato un valore
di SF predeterminato e non variabile di 256.
Oltre ai canali dedicati, nella direzione uplink esistono anche i seguenti canali
K = log2 (
comuni:
– PRACH: canale fisico utilizzato per veicolare il canale di trasporto RACH,
il quale è strutturato in modo da consentire un rapido accesso alla rete ed
evitare (o quantomeno ridurre) la collisione tra di essi durante le procedure di
instaurazione di una chiamata.
– PCPCH: canale utilizzato per veicolare il canale di trasporto CPCH, ed è
15 Transport
Format Combination Indicator. Indicatore di combinazione del formato di trasporto.
52
Figura 2.9: Canali fisici in uplink
caratterizzato dalla possibilità per un utente di trasmettere una certa quantità
informazioni senza la necessità di farsi assegnare un canale dedicato (e quindi
richiedere delle risorse che non verrebbero completamente utilizzate).
• Canali fisici in downlink: Il canale dedicato in downlink (DPCH), a differenza di
quanto avviene per l’altra direzione, viene trasmesso come un unico canale che, al
suo interno, porta le informazioni di traffico e quelle di controllo.
Guardando la Fig. 2.10, si può comprendere come il DPCH sia composto dai canali
DPCCH e DPDCH che, in uplink, vengono invece trasmessi separatamente. Data
la differenza con cui i canali downlink verranno trasmessi in aria rispetto a quelli
di downlink, il fattore "K" , che determina la quantità dei bit che possono essere
trasmessi su un singolo Time Slot, può variare da 0 a 7, e viene determinato dalle
seguente relazione:
512
)
(2.2)
SF
Ne deriva che in downlink possono essere utilizzati valori di SF compresi tra 4
e 512. Anche in questo caso possono essere utilizzati più di un DPCH qualora sia
richiesta una maggiore capacità di traffico, ma in questo caso tutti i DPCH utilizzerK = log2 (
anno lo stesso SF, e solamente il primo trasporterà le informazioni di controllo.
I canali comuni disponibili per la direzione downlink sono:
53
Figura 2.10: Canale fisico dedicato in downlink
– PCCPCH: canale fisico utilizzato per veicolare il canale di informazione del
sistema BCH, viene trasmesso con un valore di SF fissato a 256 e non viene
trasmesso nei primi 256 Chips, nei quali viene invece tramesso il canale fisico
SCH.
– SCCPCH: canale fisico che viene utilizzato per veicolare il FACH e/o il
PCH. A differenza degli altri canali downlink esso può utilizzare valori di
SF compresi tra 4 e 256.
– PDSCH: canale fisico utilizzato per veicolare il canale condiviso DSCH. Così
come il DSCH viene sempre trasmesso associato ad un DCH, il PDSCH viene
trasmesso associato ad un DPCH. Anche questo canale può utilizzare valori
di SF compresi tra 4 e 256.
– CPICH: questo canale trasporta una sequenza predefinita (30 Kbps - SF =
256) e viene utilizzato dall’UE per la propria sincronizzazione mentre procede
all’identificazione dello scrambling code utilizzato dal Node-B.
– AICH: canale utilizzato per informare il terminale dell’avvenuto riconosci-
mento della propria connessione durante le procedure di accesso alla rete.
– PICH: questo canale lavora con uno SF fisso a 256 e trasporta le indicazioni
di chiamata. Viene sempre trasmesso in associazione con il canale SCCPCH
che trasporta il PCH.
54
Figura 2.11: Canali fisici in downlink
– SCH: trasmette un segnale che verrà utilizzato dall’UE per la ricerca della
cella. Viene trasmesso durante i primi 256 Chips prima della trasmissione del
PCCPCH.
2.7 I formati di trasmissione
Abbiamo visto che i canali di trasporto sono mappati sui canali fisici per la trasmissione
in aria. Data la notevole varietà di servizi che il sistema UMTS si propone di offrire in
contemporanea e data la possibilità per un’utenza di poter variare in tempi molto brevi
il tipo di servizio che esso richiede, sui canali di trasporto sono stati implementati dei
formati che ne consentono questa flessibilità.
In primo luogo viene definito il tempo di trama (10 mSec) come tempo minimo per
una variazione di servizio, dopodichè possiamo pensare che, secondo una determinata
classe di servizio, gli intervalli minimi di trasmissione avvengano come multipli di 10
mSec.
Viene definito come “Blocco di Trasporto” l’unità base di scambio delle informazioni
tra i livelli intermedi MAC e L1 (in pratica tra trasporto e fisico) e ciascun blocco potrà
2.7. I formati di trasmissione
55
Figura 2.12: Esempio di trasmissione con TTI 20 mSec e blocchi di differenti lunghezze
Figura 2.13: Trasporto di più blocchi all’interno di un TTI
contenere una determinata quantità di Bit, che verrà denominata “Dimensione del Blocco
di Trasporto”.
I blocchi possono essere trasmessi con periodicità differenti e il tempo che intercorre
tra l’invio di un blocco ed il seguente viene denominato “Intervallo di Trasmissione”
(TTI). Questo intervallo è sempre un multiplo del tempo di trama, quindi il suo minimo
sarà di 10 mSec e potrà raggiungere anche gli 80 mSec.
All’interno di uno stesso TTI possono essere trasportati più blocchi in contemporanea,
e il numero dei blocchi trasportati in uno stesso TTI prende il nome di “Set Blocco di
Trasporto”. Viene invece definito come “Dimensione del Set Blocco di Trasporto” la
quantità dei Bit trasportati per ciascun blocco moltiplicata per la quantità dei blocchi
trasportati.
È da notare che per ciascun TTI si possono avere differenti situazioni in termini di
lunghezza dei blocchi e loro quantità. Nella Fig. 2.14, per esempio, la quantità dei Bit
trasportati in ciascun TTI è la stessa, ma questa viene di volta in volta suddivisa su vari
blocchi (più blocchi, meno Bit per blocco). Unica costrizione all’interno di un TTI è che
i blocchi in esso presenti devono avere tutti la stessa dimensione.
Questa metodologia consente una notevole flessibilità nella gestione delle risorse e
presenta altresì una notevole capacità nella gestione delle richieste di variazione al traffico.
56
Figura 2.14: Esempio di trasmissione con TTI 40 mSec utilizzante set di blocchi e varie
dimensioni
Per consentire la gestione di questi formati, e mantenere informato il sistema sul tipo di
struttura utilizzata per la trasmissione, vengono utilizzati i seguenti indicatori:
• Transport Format: Questo parametro definisce il formato di un “Blocco di Trasporto”
all’interno di un TTI. Il TF è costituito da due parti, una definita semistatica ed una
definita dinamica.
Gli attributi della parte semistatica sono:
1. TTI applicato.
2. Tipo di protezione errori applicato (Turbo codici, Codici convoluzionali, No
codifica).
3. Dimensione del CRC utilizzato.
4. Altri parametri legati alla tipologia della classe di servizio trasportata (Static
rate matching parameter).
Per quanto riguarda invece la parte dinamica vengono utilizzati due soli attributi:
1. Dimensione del Blocco di Trasporto.
2. Dimensione del Set Blocco di Trasporto.
• Transport Format Set: Mediante questo attributo viene definito il set dei formati
utilizzati per ciascun canale di trasporto. All’interno di un TFS la parte semistatica
è la stessa per tutti i TF utilizzati, mentre ciò che varia è la parte dinamica. La
variazione della parte dinamica può avvenire per ciascun TTI mediante le seguenti
metodologie:
2.8. Lo scrambling e la modulazione
57
1. Variazione della sola dimensione del “Set Blocco di Trasporto” (in pratica
variazione della sola dimensione dei blocchi contenuto all’interno di un set).
2. Variazione delle dimensione del blocco e, contemporaneamente, variazione
del “Set Blocco di Trasporto” (ricordiamoci comunque che tutti i blocchi
all’interno di un set avranno la stessa dimensione).
La parte dinamica di un TFS costituisce la Bit-Rate istantanea del canale di trasporto
in accordo con la tipologia di servizio richiesto.
• Transport Format Combination: poiché più di un canale di trasporto può essere
multiplato per un singolo utente, e ciascuno di essi avrà un proprio TFS, viene quindi definita come TFC la combinazione dei vari TF di ciascun canale destinato ad un
utente.
Il canale di trasporto che viene ottenuto dopo la multiplazione dei vari canali sorgente è chiamato Coded Composite Transport Channel (CCTrCH).
• Transport Format Combination Set: Il TFC definisce solamente la corrisponden-
za tra i vari TF per un utente, pertanto con il TFCS ne viene definita la combinazione
dei vari TFS o, in altri termini, viene definito il set dei TFC di un CCTrCH.
• Transport Format Indicator: Trattasi dell’etichetta che viene posta a ciascun TF
all’interno di un TFS, la quale ne consente la determinazione del TF utilizzato
da ciascun canale di trasporto nello scambio di comunicazioni tra i vari livelli di
comunicazione (MAC - L1).
• Transport Format Combination Indicator: Anche questa è un’etichetta che con-
sente però la determinazione al sistema ricevente del TFC utilizzato nella trasmissione del segnale multiplato. Se andiamo a vedere la struttura di un qualsiasi canale
fisico dedicato possiamo notare che questo parametro (TFCI) viene trasmesso effettivamente in aria su ciascun timeslot.
2.8 Lo scrambling e la modulazione
In questo paragrafo vengono descritti gli aspetti legati alla trasmissione dei segnali RF,
e in modo particolare verranno date delle informazioni riguardo alle tecniche di modulazione utilizzate nell’UTRAN, nonchè sulle procedure “Scrambling” applicate in un
collegamento.
58
Figura 2.15: Diagramma di modulazione QPSK
Come già visto nella parte riguardante i canali fisici (Par. 2.6), nelle due direzioni di un
collegamento UMTS vengono utilizzate differenti strutture di canale, e le relazioni dello
SF utilizzabile per ciascuna direzione hanno differenti caratteristiche. Rimane a questo
punto intuitiva l’affermazione che nella direzione uplink avremo una differente modalità
di elaborazione dei segnali RF rispetto a quella utilizzata nella direzione downlink.
• Il downlink: In questa direzione, potendo utilizzare una struttura di canale comune
per “controlli” e “dati”, viene utilizzata la tecnica di modulazione QPSK, la quale
consente di trasmettere per ogni singolo Chip un doppio contenuto informativo.
Con questa tecnica ogni canale fisico viene trasmesso multiplando nella stessa struttura sia il canale di controllo (DPCCH), sia quello di trasmissione informazioni (uno
o più DPDCH). Una volta costituita la struttura del canale (praticamente la combinazione di un CCTrCH dedicato ad un utente), il segnale viene avviato ai processi
di modulazione e, dopo avervi applicato il codice di canalizzazione che ne determina lo SF, viene applicato un ulteriore codice che esegue il rimescolamento dei vari
Chip. Quest’ultimo non altera la velocità di cifra!
All’interno di una cella viene utilizzata una stessa sequenza di scrambling e questo
consente la separazione dei segnali tra le varie celle (praticamente in una cella adiacente potrà essere utilizzato uno stesso codice di canalizzazione ma, utilizzando un
differente codice di scrambling tali segnali non si sovrappongono).
La quantità di codici utilizzabili per lo spreading è di 2e18 − 1, di cui ne verranno utilizzati solamente 8.192 e, per limitare le procedure di ricerca di una cella da
parte del terminale, dal totale dei codici utilizzabili ne vengono selezionati 512 che
59
Figura 2.16: Relazioni tra processi di codifica e velocità di cifra
Figura 2.17: Insieme dei codici di scrambling
assumeranno la caratteristica di “Codici Primari”.
L’assegnazione dei codici primari sulla rete deve essere fatta con criterio, pertanto
questi devono essere pianificati in fase di progettazione.
Per ogni codice primario viene creato un insieme di 16 codici (un primario e 15
secondari).
Il canale comune di controllo (CCPCH) e quello pilota (CPICH) utilizzeranno sempre e solamente il codice primario, mentre gli altri canali fisici DL (ad esclusione
dei canali SCH primario e secondario che non utilizzano lo scrambling) possono
utilizzare sia il primario sia uno qualunque dei secondari. Di fatto non è strettamente necessario utilizzare anche i codici secondari all’interno di una cella, ma
questa possibilità ne estende la capacità specialmente nel caso si usino dei fasci direzionati all’interno della cella stessa (un singolo codice secondario per ogni fascio,
oltre chiaramente al codice primario che deve comunque essere presente su tutta la
cella).
In ogni caso si cercherà sempre di allocare sul codice primario le risorse dei vari
utenti serviti da una cella, e solamente quelli che non vi potranno essere supportati
verranno allocati su un codice secondario (questo è dovuto al fatto che un codice di
60
Figura 2.18: Formazione dei gruppi codici di scrambling
scrambling non raggiunge comunque la stessa ortogonalità garantita da un codice
di canalizzazione).
Vedremo poi nelle procedure di accesso alla rete che, per una facile ricerca della
cella, si rende necessario raggruppare ulteriormente l’insieme dei codici. Quanto
sopra illustrato rappresenta il blocco più piccolo (cioè quello che può essere utilizzato internamente a una singola cella), e questo viene ora riunito in un “Gruppo”
formato da 8 codici primari e dai suoi rispettivi codici secondari. Le specifiche
3GPP stabiliscono l’esistenza di 64 “Gruppi Codici di Scrambling” per un totale di
8.192 codici da utilizzare nella rete UMTS.
• L’uplink: In questa direzione vengono utilizzati due canali indipendenti per la
trasmissione del canale fisico di controllo (DPCCH) e quello dei dati (DPDCH),
i quali peraltro possono utilizzare differenti valori di SF (ricordiamoci che lo SF
utilizzato per il canale DPCCH in uplink è fissato al valore di 256).
Per ottimizzare l’energia necessaria al terminale mobile per la trasmissione di questo
segnale viene utilizzata una tecnica di modulazione definita “Dual Channel QPSK”,
si veda Fig. 2.19.
Questa tecnica consiste nel trasmettere sulla componente in quadratura (ramo “Q”)
61
Figura 2.19: Diagramma di costellazione Dual Channel QPSK utilizzato in uplink
il canale di controllo, mentre il canale dati verrà trasmesso sulla componente in fase
(ramo “I”), e il segnale composito che ne risulta avrà una caratteristica molto simile
a quello di un segnale QPSK, ma con la particolarità di trasportare separatamente
i due canali come se fossero due segnali modulati BPSK sulla stessa portante (non
a caso questa tecnica di modulazione viene altresì definita come “Dual Code BPSK”).
Il diagramma riportato in Fig. 2.19 rappresenta un tipico segnale modulato in tecnica Dual Channel QPSK, ove la componente in quadratura viene trasmessa con
una potenza pari al 50% di quella trasmessa sulla componente in fase.
Poiché per ogni singolo canale viene utilizzato un solo simbolo (0 o 1), il quale
corrisponde ad un singolo Chip, risulta essere chiara la differenza del massimo SF
applicabile in questa direzione (pari a 256), rispetto a quello applicabile in downlink (pari a 512), per il quale ogni Chip rappresenta invece una coppia di Bit, ma è
da cosiderare che la capacità trasmissiva non cambia in quanto con questa tecnica
abbiamo la trasmissione dei due canali in divisione di codice, mentre in downlink i
due canali sono divisi sulla base del tempo.
In realtà, come succede per il downlink, anche per uplink si possono trasmettere più
di un canale dati in contemporanea (fino a 6), e in tal caso tali canali verranno assegnati alternativamente ad un ramo “I” ed un ramo “Q” di segnali aventi differenti
codici di canalizzazione.
62
Figura 2.20: Principio della trasmissione discontinua sul canale fisico in uplink
Con l’utilizzo di questa tecnica di modulazione si possono sfruttare i seguenti vantaggi:
– Totale indipendenza tra il canale di controllo e quello per la trasmissione dei
dati.
– Possibilità di trasmettere il canale di controllo con una minore potenza rispetto
al canale dati, consentendo così un risparmio di energia per il terminale e,
contestualmente, creare una minore interferenza del canale di controllo verso
il canale dati.
– Quando viene utilizzata la funzionalità della trasmissione discontinua (DTX)
è possibile cessare completamente la trasmissione del canale dati, ma lasciando in trasmissione il canale di controllo verrà comunque tenuta in piedi la
comunicazione. Un altro effetto di questa tecnica applicata al DTX è quello di non creare quei disturbi elettromagnetici classici di una trasmissione
ad impulsi, come invece avviene nel GSM, migliorando così la compatibilità
elettromagnetica del terminale mobile.
Anche nella direzione uplink, prima della trasmissione in aria, viene applicato un
codice di rimescolamento (scrambling), il quale agirà uniformemente sul segnale
già modulato e composto dei canali DPDCH e DPCCH.
Guardando lo schema di Fig. 2.21, possiamo notare come ai due canali uplink
(già modulati BPSK) vengano applicati due differenti codici di canalizzazione,
dopodichè al canale di controllo viene applicato uno sfasamento di 90◦ per portarlo
sul ramo “Q”, nonchè un’amplificazione negativa per ridurne la potenza rispetto al
canale dati. Solo dopo che i due canali vengono tra loro combinati si applica il
codice di scrambling.
63
Figura 2.21: Principio di canalizzazione e scrambling di un canale uplink
Il tipo di scrambling applicato all’UMTS ha la particolarità di far ruotare in anticipo o in ritardo di 90◦ il vettore di modulazione tra due Chip consecutivi, con il
risultato di migliorare il rapporto di potenza tra i due rami del modulatore.
Il codice di scrambling che il terminale mobile dovrà utilizzare viene definito dal
sistema al momento di instaurazione di una chiamata, ed ogni terminale servito in
una determinata area utilizzerà un proprio codice di scrambling (in pratica il codice
di scrambling separa tra loro i vari terminali, ed è lasciato al codice di canalizzazione il compito di separare i vari canali che un terminale potrà utilizzare). Esistono 2e41 − 1 codici di scrambling che possono essere utilizzati per l’uplink e per
questi non è necessaria nessuna pianificazione di rete (il sistema assegnerà di volta
in volta uno di questi codici ai vari terminali assicurandosi che non vi siano collisioni).
Esistono due diversi tipi di codice utilizzabili per lo scrambling:
1. Codici di scrambling lunghi: Aventi un periodo di ripetizione uguale al
tempo di una trama (10 mSec), ossia 38.400 Chips.
2. Codici di scrambling corti: Aventi un periodo di ripetizione pari ad 1/10 di
un Time Slot (66,7 µSec), ossia 256 Chips.
Il tipo di codice che verrà utilizzato dal sistema viene determinato dalle caratteristiche del ricevitore del Node-B.
64
I Ricevitori Rake utilizzeranno codici lunghi, mentre i ricevitori a cancellazione
d’interferenza utilizzeranno codici corti.
2.9 L’accesso alla rete
Nelle specifiche 3GPP relative all’UTRAN vengono definite e standardizzate tutte quelle
procedure che servono ad instaurare e tenere in piedi una comunicazione. Tra tutte le
procedure definite sicuramente quelle più interessanti da conoscere sono quella di ricerca
di una cella da parte del teminale, e quella di instaurazione di una chiamata.
2.9.1 Ricerca della cella
La ricerca di una cella da parte del teminale mobile avviene in tre passi:
1. Sincronizzazione dello slot.
2. Sincronizzazione di trama e identificazione del gruppo codici di scrambling.
3. Identificazione dello scrambling code.
Per fare ciò ci si avvale dei canali di sincronismo SCH primari e secondari, che sono
trasportati sul canale fisico PCCPCH, nonchè del canale pilota CPICH. La procedura
di ricerca è strutturata in modo da consentire al terminale una facile individuazione del
codice primario di scrambling che la cella servente sta utilizzando, senza per questo dover
provare tutte le sequenze disponibili.
1. Sincronizzazione dello slot. In questa fase il terminale avvia una ricerca delle
portanti disponibili e su queste tenta la rilevazione del segnale relativo al canale
SCH primario a più alta potenza. La caratteristica del canale primario SCH è quella
di utilizzare una sequenza di spreading identica su tutte le celle: su tale segnale il
terminale mobile può sincronizzare la temporizzazione dei timeslot all’interno della
trama CDMA (da ricordarsi che i canali SCH non sono soggetti a scrambling).
2. Sincronizzazione di trama e identificazione del gruppo codici di scrambling.
Una volta rilevata la temporizzazione del canale SCH, il terminale può tentare ora
di decodificare il canale SCH secondario facendo una scansione sui 15 timeslot
della trama. La particolarità di questo canale è quella di utilizzare una diversa sequenza dei 256 Chip che essa trasporta, e a questa sequenza viene associato uno dei
2.9. L’accesso alla rete
65
64 gruppi di scrambling da cui proviene quello in uso sulla cella.
Una volta che il terminale avrà identificato il canale SCH secondario, facendo appunto un massimo di 64 tentativi, potrà essere determinato il gruppo dei codici che
la cella sta utilizzando, oltre chiaramente ad aver anche sincronizzato il ciclo di
trama.
3. Identificazione dello scrambling code. Avendo ora a disposizione l’informazione
sulla temporizzazione di trama, il terminale può sintonizzarsi sul canale pilota
CPICH. Poiché la caratteristica di questo canale è quella di trasportare una sequenza
informativa predefinita e ben conosciuta dal terminale, e considerando che quest’ultimo conosce anche il gruppo codici di scrambling che la cella sta utilizzando, con
un massimo di 8 tentativi (corrispondenti al numero di codici scrambling primari
presenti in un gruppo), viene rilevata la corrispondenza del canale CPICH. A questo
punto anche lo SC utilizzato dalla cella è conosciuto.
Una volta identificata la cella il terminale può sintonizzarsi e decodificare il canale BCH
(trasportato sul PCCPCH), dal quale può leggere tutte le informazioni necessarie per
avviare i restanti processi di autenticazione ed accesso alla rete.
2.9.2 Avvio di una chiamata
Una volta che il terminale ha identificato la cella servente, ed è in condizione di “StandBy”, tramite il canale fisico PCCPCH può rilevare tutte quelle informazioni relative alla
rete che lo sta servendo. Tra queste vi sono delle informazioni riguardanti la Classe di
Accesso (ASC) che viene assegnata al terminale stesso.
Nell’ASC sono contenute le informazioni riguardanti le posizioni stabilite dalla rete
per il Time Slot di accesso casuale, nonchè una serie di firme (sequenze binarie) che il
terminale può utilizzare per identificarsi.
Quando deve essere stabilita una chiamata, utilizzando il canale PRACH, il terminale
invia verso la rete un “preambolo” di circa 1 mSec contenente una delle firme che esso
può utilizzare. Chiaramente tale invio viene fatto su uno degli slot assegnati dall’ASC per
tale messaggio.
La potenza con cui tale messaggio viene inviato alla rete viene determinata dal controllo in Open Loop (vedi Par. 2.4.1), tramite il quale l’UE determina la perdita di percorso
del segnale RF. Il preambolo viene inviato ad una potenza avente 10 dB sotto il livello stimato, e viene ripetuto aumentandolo a passi di 1 dB fino a quando non viene ricevuto
66
Figura 2.22: Principio logico dell’accesso casuale
un segnale che indica al terminale l’avvenuto riconoscimento della richiesta di accesso
(canale AICH).
Il canale AICH viene ritrasmesso su tutta la cella e contiene la stessa firma del terminale che ha fatto la richiesta di accesso. Il terminale a questo punto può inviare verso
la rete il messaggio vero e proprio contenente le informazioni necessarie ad instaurare la
chiamata (tipo di chiamata, numero destinatario, velocità richiesta, ecc..).
Capitolo 3
Il contesto delle misure sulla rete
Il lavoro di Tesi ha richiesto uno studio e una conoscenza particolareggiata delle apparecchiature, delle terminologie, delle interfacce e di particolari messaggi che si instaurano
quando usiamo il nostro telefono per connetterci alla rete cellulare per lo scambio di dati.
In questo capitolo analizzeremo appunto questi argomenti affrontandoli in maniera
dettagliata, dove è necessario, al fine di dare al lettore le basi per una corretta interpretazione dei risulati e delle considerazioni sulle misure ottenute.
3.1 L’SGSN
L’SGSN (Service GPRS Support Note)1 è un’unità stand-alone che si occupa di internetworking, funzionalità di router e di collegamento alle UTRAN.
Vodafone utilizza come apparato SGSN per la sua rete UMTS un prodotto di Nokia,
precisamente l’IPA3400 che si basa sulla piattaforma IP3000 [Nok01b] che andremo
velocemente a descrivere.
L’SGSN è collegato all’RNC2 tramite l’interfaccia Iu, mentre al GGSN e alla Core
Network tramite l’interfaccia Gn e Gp. Tramite l’interfaccia di segnalazione SS7 invece
è connesso all’HLR, all’EIR, all’SCP e all’SMSC.
L’apparato è composto principalmente di due tipi di schede:
• GPLC (General Purpose Line Card). Le schede GPLC possono essere configurate
in vari modi a seconda del software che viene installato sopra, quindi possiamo
trovare TU (Tunnel Unit), FU (Forward Unit), SMMU (Signalling and Mobility
Management Unit) e SS7 (Signaling System 7).
1 [Nok01a],
2 Vedi
[Nok02].
Appendice A, Pag. 110.
67
68
3. IL CONTESTO DELLE MISURE SULLA RETE
Figura 3.1: L’SGSN Nokia IPA3400 che utilizza Vodafone
3.1. L’SGSN
69
Figura 3.2: L’hardware IP3000 e parte delle sue connessioni
• CRP (Central Routine Processing). Le schede CRP sono invece il cuore del sis-
tema, in quanto controllano le varie GPLC e l’accesso al “bus” (basato su indirizzi
ipv6) delle schede stesse.
Montano al loro interno una matrice che svolge funzioni di switch interno ed esterno.
Le schede CRP sono equipaggiate con processori Intel Pentium II o III e possono
montare fino a 2 Gb di memoria.
Le CRP lavorano in regime di ridondanza, per eventuali guasti, e sono collegate fra
di loro da un bus dedicato.
Come interfacce, la piattaforma IP3000, supporta diversi tipi dall’ethernet a 100M alla
OC48.
I collegamenti fisici verso l’RNC (quindi tramite l’interfaccia Iu) vengono effettuati
collegando una particolare GPLC, adibita a funzioni di TU, ad una fibra ottica basata su
ATM STM-1.
I collegamenti fisici verso il GGSN invece (quindi tramite l’interfaccia Gn) vengono
effettuati collegando una FU ad un cavo ethernet. Per ultimo, per quanto riguarda l’HLR
e l’EIR sono collegati all’SS7 tramite un’interfaccia PCM.
70
Il protocollo usato per le funzioni di Control Plane3 per la parte NarrowBand4 , quindi
verso l’HLR o l’EIR, è il MAP (Mobile Application Part), mentre per la parte BroadBand5 , quindi verso l’RNC, è il RANAP (Radio Access Network Application Part).
A livello logico le varie funzioni di un SGSN possono essere suddivise in Session Management (SM) e Mobility Management (MM).
Nella prima suddivisione, che riguarda l’instauramento di una sessione, viene interessata l’interfaccia Iu da messaggi SM Ranap in ingresso all’SGSN mentre in uscita da
messaggi GTP sull’interfaccia Gn verso il GGSN.
Durante questa fase vi è anche un interessamento del DNS che viene “consultato”
dall’SGSN con il quale viene scambiato un messaggio di DNS Query (dove viene passato
l’apn) e riceve un messaggio di DNS Reponse dal quale conosciamo l’indirizzo IP del
GGSN.
Nella seconda suddivisione, che riguarda la mobilità, l’interfaccia Iu-PS viene interessata da messaggi MM Ranap in ingresso all’SGSN mentre in uscita da messaggi MAP
sull’interfaccia Gr verso l’HLR. In caso di Routing Area Update viene interessato anche
il DNS in quanto è necessario conoscere l’indirizzo Ip del nuovo SGSN.
3.1.1 Descrizione delle principali interfacce connesse all’SGSN
L’SGSN, come possiamo vedere in Fig. 2.2 di Pag. 35, è connesso tramite diverse interfacce a diversi apparati. Ne esaminiamo le principali.
• Gn. Interfaccia di collegamento fra GGSN e SGSN. Questa interfaccia collega due
“GSN” nella medesima PLMN.
L’interfaccia Gn provvede a far transitare dati e segnalazioni. Essendo una rete
basata su IP vengono utilizzati messaggi GTP (GPRS Tunnelling Protocol).
• Gr. Interfaccia di collegamento fra SGSN e HLR.
Questa interfaccia permette all’SGSN di accedere alle informazioni presenti sull’HLR usando messaggi MAP (Mobile Application Part).
• Gi. Interfaccia di collegamento fra GGSN e la rete esterna (internet). La Gi non è
un’interfaccia standard ma, un “reference point”, in quanto può supportare diverse
network.
3 Sinonimo
usato per indicare la parte di segnalazione.
Stretta. Questo nome deriva dal tipo di cavo usato per la connessione.
5 Banda Larga. In quanto si usa una fibra ottica come mezzo di collegamento.
4 Banda
3.1. L’SGSN
71
Figura 3.3: Stack Gn (a sinistra) e Gr (a destra)
• Ga. Interfaccia di collegamento fra SGSN e Chargin Gataway.
• Gf. Interfaccia di collegamento fra SGSN e EIR.
Questa interfaccia permette all’SGSN di accedere all’EIR. Anche qui viene usato
MAP.
• Iu-PS. Interfaccia di collegamento fra RNC e SGSN. Per questo tipo di messaggi
viene utlizzato il protocollo RANAP.
3.1.2 Protocolli presenti sulle interfacce connesse all’SGSN
Dopo aver visto le interfacce connesse all’SGSN, esaminiamo velocemente i principali
protocolli che incontriamo sulle interfacce Iu-Ps, Gn e Gr, praticamente quelle che abbiamo dovuto utilizzare per il nostro lavoro di tesi, quindi il RANAP, il GTP, il MAP e il
DNS.
3.1.2.1 RANAP
Il RANAP fornisce le specifiche di segnalazione e il controllo sull’interfaccia lu. Le
principali funzioni espletate sono:
• Gestione del RAB (Radio Access Bearer) attivazione, manutenzione e rilascio.
• Gestione/manutenzione della connessione lu.
• Trasporto del MAS, cioè delle segnalazioni per la gestione della mobilità e infor-
mazioni broadcast, tra UE e CN.
72
Figura 3.4: Stack Iu-PS
• Scambio di informazioni di locazione UE tra RNC e CN.
• Richiesta di paging da CN a UE.
• Gestione di situazioni generiche di errore.
I servizi RANAP di segnalazione tra UTRAN e Core Network sono divisi in tre gruppi
basati sui SAP (Service Access Points) definiti in:
• General control services: relativi all’intera interfaccia lu tra RNC e il dominio
logico CN, accessibili nel CN attraverso il General Control SAP.
• Notification services: Relativi ad uno specifico UE (User Equipment) o a tutti gli
UE in una specifica area, accessibili nel CN attraverso il Notification SAP.
• Dedicated control services: relativi ad un solo UE, accessibili al CN attraverso il
Dedicated Control SAP.
3.1.2.2 GTP
Il GTP [3GP02b] è un protocollo basato su TCP/IP che trasferisce i pacchetti sull’interfaccia Gn e Ga, quindi in modo particolare fra l’SGSN e il GGSN.
3.1. L’SGSN
73
Figura 3.5: Struttura del pacchetto GTP
Il GTP si divide in GTP-U Plane (o User Plane) e GTP-C Plane (o Control Plane) e si
caratterizzano, oltre hai compiti svolti, perchè hanno una diversa porta UDP.
Il primo porta i dati utente, quindi ad esempio le richieste Http, Ftp, Telnet o Wap che
l’utente ha fatto.
Il GTP-C Plane, invece, serve a scambiare informazioni quali la creazione, la cancellazione o l’aggiornamento del tunnel GTP fra “GSN” dello stesso percorso, quindi per
tutti i PDP Context che condividono lo stesso PDP Address e APN o MS.
Il GTP è identificato in ogni nodo con un TEID (Tunnel Endpoint IDentifier), un’indirizzo IP e una porta UDP.
Come possiamo vedere in Fig. 3.5 l’IP e Porta della sorgente e della destinazione
(possiamo immaginare ad esempio che un utente, destinazione, abbia richiesto dal proprio
mobile il contenuto di una determinata pagina web, sorgente) e i dati vengono incapsulati
all’interno di un pacchetto GTP al quale viene appunto applicato il proprio header, formato dal TEID e l’IP della sorgente e della destinazione (che in questo caso, seguendo
l’esempio, risultano essere rispettivamente l’IP del GGSN e dell’SGSN).
3.1.2.3 MAP
Il MAP [ETS97] è un protocollo che funziona tipicamente in cima al protocollo di segnalazione SS7.
MAP fornisce un supporto alle applicazioni mobili interattive, quali ad esempio paging, voice messaging, e va a definire il protocollo end-to-end fra le applicazioni situate in
una rete di segnalazione SS7 e/o ad altre reti che supportano il protocollo MAP stesso.
SS7 è un protocollo di segnalazione comune che permette alle risorse nelle reti a banda
larga ed a banda stretta di scambiare i messaggi relativi all’instaurazione di una chiamata,
74
al controllo ed alla chiusura di essa, messaggi necessarie per applicazioni distribuite e per
l’amministrazione di una rete.
Il MAP fornisce i meccanismi per comunicare e operare fra un MSC ed una VLR, fra
MSC e HLR, fra VLR ed HLR, fra due VLR e due MSC differenti e con l’EIR, quindi tutte
quelle funzioni di aggiornamento, cancellazione ecc.. di dati dentro a questi dispositivi.
3.1.2.4 DNS
Il DNS (Domain Name Server) è il protocollo utilizzato per identificare il nome registrato
degli indirizzi e degli pseudonimi dell’IP dato.
La richiesta, che viene effettuata tramite una DNS Query, è solitamente semplice e si
effettua includendo appena il nome da ricercare.
La risposta, che prende il nome di DNS Reponse, tuttavia è solitamente molto complessa perché contiene tutti gli indirizzi e pseudonimi che il nome potrebbe avere e a
causa di questo viene effettuata una procedura di compressione per ridurre il numero di
dati ridondanti.
Per questo tipo di richieste viene utilizzato l’UDP.
All’interno della rete UMTS dello stesso gestore vengono eseguite delle DNS Query
per conoscere i vari indirizzi Ip dei vari GGSN presenti.
3.2 Il PDP Context
Il PDP Context [3GP02a] è un’entità logica che contiene le informazioni sui servizi
possibili per il determinato utente e di questi servizi ne definisce il tipo e la qualità.
Esiste quindi un set di messaggi che passano su interfaccia Iu-Ps e Gn tutte le volte
che si richiede l’attivazione di un PDP Context: questo è necessario al fine di instaurare
“un canale virtuale” che connette il mobile alla rete con cui desidera scambiare dati.
Per i protocolli cha abbiamo visto nel paragrafo precedente questi messaggi possono
transitare sia su RANAP o GTP-C secondo le procedure specificate dal 3GPP .
Nella richiesta di attivazione di un PDP Context un UE può richiedere diversi parametri
come il bit rate medio e massimo, un ritardo, una qualità del servizio ecc.., i quali però
possono essere soddisfatti o meno in fase di negoziazione fra UE e la rete.
Prendendo come esempio la richiesta di avviare una sessione Internet, tutti i messaggi
che verranno scambiati fra UE e SGSN contengono appunto certi requisiti (come appunto
una certa QoS) e nel caso di risposta positiva dell’attivazione del servizio l’UE può de-
3.3. Quality of Service
75
cidere comunque di non utilizzarla in quanto certe sue richieste su determinati parametri
non sono state rese disponibili dalla rete.
Relativamente all’attivazione di un PDP Context vediamo un esempio concreto: in
questo caso un mobile (UE) chiede di potersi collegarsi ad internet.
Per questo esempio può essere utile aver ben chiaro la Fig. 3.2 di pag. 69, i protocolli e
le interfacce in gioco.
1. Per prima cosa l’UE manda un messaggio PDP fino all’SGSN di Activate PDP
Context Request (messaggio basato su RANAP) indicandogli (Apn: “web.omnitel.it”,
PDP Address: “....”, PDP Type: “ipv4”, QoS Profile: “....”).
2. Ricevuto il messaggio l’SGSN fa una DNS Query per vedere se l’UE può fare quel
tipo di richiesta.
3. Con una DNS Query Reponse verifichiamo che quell’UE può richiedere quel servizio.
4. L’SGSN manda poi un messaggio verso il GGSN chiedendo di creare il servizio,
Create PDP Context Request (messaggio basato su GTP-C) indicandogli l’IMSI
dell’UE e il QoS profile.
5. Il GGSN alloca un indirizzo IP per il mobile.
6. Il GGSN risponde all’SGSN con Create PDP Context Reponse (messaggio basato
su GTP-C) indicando l’IP che deve assegnare al mobile e che lui si è già allocato.
7. Segue poi un messaggio di RAB Setup tra l’SGSN e l’RNC.
8. Con Activate PDP Context Reponse (messaggio basato su RANAP) l’IP viene
assegnato all’UE.
Parte di questi messaggi scambiati (in particolare quelli fra SGSN e RNC, quindi UE)
può essere vista in Fig. 3.6, la quale rappresenta l’attivazione e poi la successiva disattivazione di una sessione Internet da parte di UE, catturata e analizzata con un analizzatore
di protocollo.
3.3 Quality of Service
I servizi di telecomunicazione che possono essere offerti da un gestore sono molteplici e
per loro diversa natura hanno bisogno di requisiti differenti.
76
Figura 3.6: Attivazione e disattivazione di una sessione Internet
Per esempio la chiamata voce richiede una banda assegnata, seppur non troppo elevata,
ma costante, con ritardi di trasmissione molto bassi, ma con requisiti non troppo stringenti
sulla frequenza degli errori. Al contrario un servizio di download (come può essere lo
scaricamento di un filmato) richiede una banda molto elevata e un ristretto numero di
errori, mentre non impone vincoli sul tempo di “attraversamento” della rete.
Da queste considerazioni, l’assegnazione delle risorse nella rete, nell’ottica di una
buona realizzazione e ottimizzazione, risulta abbastanza difficoltosa, se si vogliono garantire i requisiti richiesti da ogni possibile servizio.
77
3.3.1 Teoria alla base della QoS
La QoS o Quality of Service [Nok04] dovrà essere quindi implementata in modo efficiente
sulla rete per poter garantire le varie tipologie di richieste (che prendono il nome di classi
di traffico), in quanto non andrà a creare ulteriore banda a disposizione per i servizi, ma a
utilizzare quella presente, ottimizzandone ogni possibile aspetto.
Per ottenere una gestione razionale della capacità della rete, ogni servizio che sarà
attivato dovrà segnalare alla rete stessa il tipo di traffico e i requisiti richiesti mediante un
certo numero di parametri (che prendono il nome attributi), inseriti in un messaggio PDP.
Questi requisiti saranno poi inseriti in ogni pacchetto (ovviamente nella parte PS della
rete) che dovrà essere inviato da un nodo al successivo, così quando analizzato, in base
alle informazioni di priorità che contiene, viene trasferito sulla base dei requisiti di flusso
informativo a cui appartiene.
La QoS Release 99, quella attualmente utilizzata dagli operatori, prevede che il dominio a circuito trasporti quei servizi sensibili al ritardo di trasferimento, come Voce
e Videochiamata, e che il dominio a pacchetto supporti gli altri, quali Streaming Audio/Video, Navigazione Web ecc..
3.3.2 Quality of Service Profile
I parametri di Quality of Service per ogni cliente (Quality of Service Profile) sono definiti
nell’HLR di appartenenza. Ogni cliente può avere più PDP Context (relativi alle varie
classi di traffico) attivi contemporaneamente ognuno dei quali con una precisa QoS.
Vediamo le classi di traffico che sono state implementate per la QoS:
• Conversational class: appartengono a questa classe servizi quali chiamate voce
e videochiamate, quindi questa classe richiede vincoli molto stringenti sul ritardo.
La conversazione infatti deve avvenire in maniera continuativa e senza ritardi nel
trasferimento dell’informazione vocale e video.
Quindi in questa categoria vengono accumunati tutti quei servizi che necessitano
di bassi ritardi di trasferimento e dove il loro bit rate dipende sostanzialmente dal
servizio effettuato.
• Streaming class: in questa categoria vengono accumunati quei servizi come audio
e videostreaming che richiedono bassa variazione dei ritardi, ma non vincoli stringenti sul tempo; infatti è importante che la visione del flusso sia continuo ma che
avvenga in un tempo ragionevole dopo la selezione del servizio.
Si tratta di servizi dove il traffico è prevalentemente quello ricevuto dal mobile.
78
• Interactive class: appartengono a questa classe quei servizi dove è presente un’in-
terazione tra uomo e macchina con un tipo di comunicazione costituita da richieste
e risposte, ad esempio il Web e il Wap browsing.
Rispetto alle classi precedentemente descritte, per questa il vincolo più stringente è
una bassa frequenza degli errori.
In questa classe sono definite tre categorie che prendono il nome di ARP (Allocation/Retention Priority) con valori che vanno da 1 a 3 e che portano a differenziare
ulteriormente le prestazioni di priorità principalmente in caso di congestione della
rete, permettendo ad esempio al cliente ARP 1 (chiamato anche Gold) di navigare più velocemente di un cliente con profilo ARP 2 (chiamato anche Silver) e
conseguentemente di un ARP 3 (Bronze).
• Background class: fanno parte di questa categoria tutti quei servizi dove non sono
importanti il tempo di trasferimento ed il bit rate. Il flusso informativo di questa
classe è trattato con priorità inferiore a quello della classe Interactive.
A questa classe appartengono i servizi di messaggistica quali le e-mail o messaggi
in background.
Queste classi di traffico possono essere divise in classi real-time (Conversational, Streaming) e non real-time (Interactive, Background).
Gli attributi della Quality of Service Profile che possono essere modificate nell’HLR
sono vari ed i principali sono:
• Traffic class: in questa voce viene definita la classe di traffico, quindi Conversa-
tional, Streaming, Interactive e Background;
• Maximum bit rate for uplink: viene definita la massima quantità di traffico in
uplink per quel PDP Context, per l’Interactive class è 64 Kbps;
• Maximum bit rate for downlink: viene definita la massima quantità di traffico in
downlink per quel PDP Context, per l’Interactive class è 384 Kbps.
In caso di mancanza di risorse radio o trasmissive, la rete può decidere di assegnare
banda inferiore o anche di rifiutare la richiesta per quel PDP.
• Residual BER (Bit Error Ratio): rappresenta il BER residuo non rilevato, per
l’Interactive class è 1 ∗ 10−4 ;
• Transfer delay: definisce il massimo ritardo accettabile, per l’Interactive class è 0;
79
• Allocation/Retention Priority: questa voce permette di impostare una categoria di
importanza se comparata con altri utenti.
Questo attributo non può essere richiesto e negoziato dall’UE durante il PDP Context perché è fisso e impostato dal gestore per quel determinato IMSI registrato
sull’HLR.
Il valore dell’ARP va da 1 a 3 nel caso di Interactive. A 1 è assegnato il valore High
Priority, mentre ad esempio a 3 corrisponde Low Priority.
Per assicurare l’accesso agli utenti “Gold” (o ARP1, quindi ad utenti con priorità
più alta) gli operatori possono limitare l’attivazione dei PDP Context per gli utenti
“Bronze” e “Silver” (rispettivamente ARP 2 e 3) senza però avere nessun effetto sui
PDP Context già attivi.
3.3.3 Implementazione della QoS
Nell’SGSN i sottosistemi che hanno in gestione la QoS si trovano nelle Tunnelling Unit
(TU) e nelle SMMU.
Ogni TU realizza in modo indipendente la gestione del traffico.
L’SMMU, invece, ha tre funzioni:
1. Admission Control: ha luogo all’attivazione di un nuovo PDP Context;
2. Resource Monitoring: tiene traccia delle risorse disponibili nel sistema, quindi le
risorse di rete, di interfaccia Iu e le risorse disponibili per ogni classe di traffico.
In realtà l’SMMU raccoglie le informazioni che vengono monitorate dalle TU;
3. Resource Reservation: riserva le risorse per i PDP Context Real time, quando
questi vengono richiesti.
Il parametro ARP, che viene inviato nella richiesta, è utilizzato nell’Admission Control
per limitare l’attivazione di nuovi PDP Context per gli utenti con ARP a più bassa priorità.
Nell’SGSN la verifica è fatta con il seguente ordine:
• Carico della CPU;
• Banda disponibile;
• Carico di traffico.
80
Questi indicatori sono confrontati con delle soglie e se queste vengono superate l’attivazione dei nuovi PDP Context viene rifiutata. I primi PDP ad essere rifiutati sono quelli avente ARP=3 (superato Limit 1), poi ARP=2 fino ad arrivare a rifiutare quelli con
ARP=1.
ARP Limits
RT PDP Contexts
NRT PDP Contexts
CPU Load Limit 1
70%
70%
CPU Load Limit 2
80%
80%
CPU Load Limit 3
90%
90%
Bandwidth Limit 1
80%
80%
Bandwidth Limit 2
90%
90%
Bandwidth Limit 3
100%
100%
Traffic Load Limit 1
N/A
80%
N/A
90%
N/A
100%
I limiti di banda (Bandwidth Limit) sono definiti come percentuale della massima
quantità di traffico istantaneo ed è un parametro configurabile.
Il carico di traffico (Traffic Load) è definito in questo modo:
• Se il 20% o più dei pacchetti sono scartati, il carico di traffico è considerato 100%.
• Se meno del 20% dei pacchetti sono scartati, il valore è scalato linearmente da 0 a
100%.
Nell’SGSN i pacchetti vengono inviati secondo l’algoritmo denominato “Strict Priority”
che va a servire una coda a bassa priorità soltanto quando le code a più alta priorità sono
vuote. In Fig. 3.7 ne è riportato un’esempio.
Figura 3.7: Schema dell’algoritmo denominato “Strict Priority”
Capitolo 4
Campagna di misure
Dopo aver trattato tutti gli aspetti tecnici sull’UMTS nei capitoli precedenti, in questo
vediamo di documentare il contesto di come si sono svolte le prove e i risultati che questa
campagna di misura ha riportato.
Per valutare meglio la qualità delle misure di throughput e la conseguente qualità del
servizio è stato possibile effettuare misurazioni sia in condizioni reali, sia in laboratorio,
quest’ultime chiamate, per comodità, condizioni ideali.
Queste due condizioni saranno analizzate all’interno di questo capitolo, soffermandoci
dettagliatamente sul modo utilizzato per ottenere i risultati successivamente proposti.
4.1 Misure in condizioni reali
Per misure in condizioni reali, intendiamo quelle misure fatte utilizzando la rete UMTS
attualmente in servizio sul territorio italiano da Vodafone, quindi utilizzando i servizi e
gli apn che ogni utente può utilizzare ogni giorno dal proprio terminale.
4.1.1 Periferiche utilizzate
Per le misure effettuate in queste condizioni, per quanto concerne questo lavoro di Tesi,
sono stati utilizzati diversi computer portatili (con sistema operativo Microsoft Windows
2000 e Apple Mac OS X 10.3.8) equipaggiati con una scheda Pcmcia dual mode GPRS/UMTS
ed una SIM dati.
La scheda Pcmcia è un apparato di Vodafone che commercializza con il nome Vodafone Mobile Connect Card UMTS, in grado di trasmettere fino alla velocità di 384 Kbps
in aree di copertura UMTS, mentre fuori da queste aree la Connect Card UMTS ritorna
su tecnologia GPRS utilizzando la rete GSM.
81
4. CAMPAGNA DI MISURE
82
Figura 4.1: Vodafone Connect Card UMTS
Per queste misure la scheda, durante la campagna di misure, è sempre stata utilizzata
sotto piena copertura UMTS.
Per effettuare le misurazioni di throughput, sulle macchine equipaggiate con sistema
operativo MS Windows, è stato installato il programma Ftp freeware SmartFTP (disponibile per il download su http://www.smartftp.com), mentre sulla macchina Apple è stato utilizzato il comando Ftp da terminale con l’aggiunta del programma shareware Net Monitor (prelevabile all’indirizzo http://homepage.mac.com/rominar/net.html) per visualizzare
l’andamento del download nel corso dello scaricamento.
4.1.2 Configurazione delle SIM
Per quel che concerne le SIM utilizzate all’interno delle Connect Card UMTS, sono state
utilizzate due SIM opportunamente configurate nell’HLR di appartenenza.
Effettuando test QoS di download Ftp, la configurazione prevede quindi un particolare
settaggio per la classe di traffico Interactive.
Per le due SIM utilizzate si è quindi optato per questi tipi di settaggi:
• per una SIM è stata scelta la Precedence class High priority (Gold), quindi ARP 1;
• per la seconda una Low priority (Bronze), quindi ARP 3.
4.1. Misure in condizioni reali
83
Per entrambe le SIM è stato settato, e successivamente verificato, che la voce Maximum
bit rate for downlink fosse settata a 384 Kbps.
Per verificare poi che le classi di QoS fossero mantenute, e correttamente registrate
nell’SGSN, abbiamo tracciato le SIM con un’analizzatore di protocollo durante un Activate PDP Context Request e poi abbiamo verificato l’SGSN tramite un dump della
registrazione della SIM all’interno dello stesso.
4.1.2.1 Verifica tramite analizzatore di protocollo
Per verificare che la QoS negoziata con l’SGSN in fase di attivazione del PDP sia la stessa
che abbiamo impostato sull’HLR, abbiamo utilizzato un analizzatore di protocollo1 e lo
abbiamo connesso sulle interfacce Gn e Iu-PS, in modo da poter tracciare tutto lo scambio
di messaggi che avviene fra la nostra Connect Card e la Core Network della rete UMTS.
L’uso dell’analizzatore, effettuate le giuste connessioni alle fibre ottiche che lo connettono ai vari apparati della rete, è abbastanza semplice, infatti con il software Iu Consultant fornito a corredo è necessario impostare l’IMSI della SIM che si vuole tracciare e
aspettare che il programma ci mostri la sua attività.
Da questa possiamo ricavare lo scambio dei messaggi avvenuti, nel nostro caso, fra
RNC e SGSN come in Fig. 4.2 e il contenuto dei messaggi, come riportato in seguito
(vedi Appendice B, Pag. 111).
Essendo il procedimento analogo per entrambe le SIM, è stato riportato, a pag. 111, il
tracciamento solo per la SIM con Quality of Service pari ad ARP 1.
Come possiamo notare, all’interno di questo tracciamento la MS ottiene, nel messaggio Activate PDP Context Accept alla voce Precedence class, il valore High priority
(chiaramente nella SIM ARP 3 otteniamo la dicitura Low priority).
Abbiamo verificato quindi che la SIM ha correttamente richiesto ed ottenuto la sua
specifica classe di QoS dall’SGSN.
4.1.2.2 Dump dell’SGSN
Per verificare che la QoS impostata nell’HLR sia correttamente registrata anche nell’SGSN, prima di effettuare la prova, è stata fatto anche un dump delle SIM dall’SGSN.
Il comando di dump, che non è altro che un listato dei parametri sottoscritti della SIM
stessa, viene effettuato digitando il comando smmdump -i, seguito dall’IMSI della SIM
da verificare, al promt dei comandi del terminale dell’SGSN.
Di seguito riportiamo il dump:
1 Precisamente
il modello Performer della RADCOM. Vedi Appendice A, Pag. 109.
84
Figura 4.2: Grafico dello scambio di messaggi fra RNC e SGSN
UntitledSMMU1-S10[fsanta]# smmdump -i 222106800003579
IMSI: 222106800003579
Tris7smm PID found:
20930/var/tmp/tris7
smm.lock detected, dump ready.
query finished successfully Dumpimg IMSI to stdout.
******************************************************************************
85
Mm Context dump printed on Wed Dee 22 11:00:22 2004
Created:
Wed Dee 22 10:35:43 2004
Modified:
Wed Dee 22 11:00:15 2004
IMSI :
222106800003579f
P-TMSI new :
d526e536
RAI :
racOOOA.lac61A9.mncOOOA.mccOODE.gprs
MSISDN :
19393496463489ffff
IMEI :
35196900014109
SCCP id :
53289
Equipment status :
WhiteListed
Mobility Management state ciphered.: Attached.
P-TMSI signature, old :
53529a
P-TMSI signature, new :
2bcdll
DRX, Discontinuous Reception :
0a 00
Charging Characteristics :
08 00
SCCP connection ok.
Number of PDP Context subscriptions: 7
--- Subscription PDP data --PDP ctxt id :
1
PDP type :
IPv4
PDP address :
0.0.0.0
apn :
*
qosSubs :
1b 52 1f
extQosSubsc :
02719640487403000
chargChar :
00 00
VPLMN Addr.
Allowed :
00
7
PDP type :
IPv4
PDP address :
0.0.0.0
apn :
mymodem.vodafone.it
qosSubs :
1b 52 1f
extQosSubsc :
02719640487403000
chargChar :
00 00
iu connection
86
VPLMN Addr.
Allowed :
00
6
PDP type :
IPv4
PDP address :
0.0.0.0
apn :
CDA.OMNITEL.IT
qosSubs :
1b 52 1f
extQosSubsc :
02719640487403000
chargChar :
00 00
VPLMN Addr.
Allowed :
00
5
PDP type :
IPv4
PDP address :
0.0.0.0
apn :
roche.omnitel.it
qosSubs :
1b 52 1f
extQosSubsc :
02719640487403000
chargChar :
00 00
VPLMN Addr.
Allowed :
00
4
PDP type :
IPv4
PDP address :
0.0.0.0
apn :
mms.vodafone.it
qosSubs :
23 52 1f
extQosSubsc :
02719640487400000
chargChar :
00 00
VPLMN Addr.
Allowed :
00
3
PDP type :
IPv4
PDP address :
0.0.0.0
apn :
web.omnitel.it
qosSubs :
1b 52 1f
87
extQosSubsc :
02719640487403000
chargChar :
00 00
VPLMN Addr.
Allowed :
00
2
PDP type :
IPv4
PDP address :
0.0.0.0
apn :
wap.omnitel.it
qosSubs :
1b 52 1f
extQosSubsc :
02719640487403000
chargChar :
00 00
VPLMN Addr.
Allowed :
00
HLR ISDN number :
19393492000066
SGSN ISDN number :
393492000370
Location Confirmed By HLR :
01
SIM type :
GSM
Security context :
present
Cipher key seq number :
0
Keys valid :
1
Usage counter for ranap security mode keys:
25
Flags :
’replicated’
L3MM retransmission counter :
0
L3MM retransmission timeout :
0
L3MM current procedure :
waitingNothing
L3MM security procedure state :
waitingSecNothing
L3MM service request procedure :
waitingServNothing
L3MM PTMSI procedure state:
PtmsiNull
============================================
--- PDP context--ti:nsapisapi :
0:5:3
pdp addr@apn:
[email protected]
locai ep gn sig :
[email protected]
locai ep gn data :
[email protected]
locai ep iu data :
[email protected]
88
gn ep sig :
[email protected]
gn ep data :
[email protected]
iu ep data :
[email protected]
qos req :
0000000000000000000000
qos neg :
0B611F7196406874010000
qos sub :
0B611F7196406874010000
arp :
1
iu gplc addr :
fe80::5503
charg char :
0800 (normal)
rab state :
assigned
----- subscription ----id :
3
qos :
0B611F 017196406874010000
pdp addr@apn :
[email protected]
charg char :
not present
vaa :
no
Come si vede l’output del dump fornisce tra le varie informazioni la QoS sottoscritta
in HLR per ogni apn configurato per quella SIM e diviso in due parti, la prima :
qosSubs :
1b 52 1f (QoS relativa alla Release 97/98)
extQosSubsc :
02719640487403000 (QoS relativa alla Release 99)
La seconda, invece, è la QoS negoziata in fase di PDP Context Activation e rappresenta la QoS assegnata al mobile :
qos neg :
0B611F7196406874010000
A noi interessa verificare che dalla QoS per l’apn web.omnitel.it che utilizzeremo per
le nostre prove, quindi dalla stringa corrispondente 0B611F7196406874010000 formata
da 13 byte/ottetti, che otteniamo dal dump, possiamo ottenere svariate informazioni, utilizzando la mappa per i singoli byte per quegli ottetti (vedi Fig. 4.3). Noi la utilizzeremo
per verificare la reale QoS assegnata alla nostra SIM e la nosta Traffic Class.
Il primo byte/ottetto della stringa non viene mai visualizzato dal dump del 3G-SGSN,
perchè non significante, mentre il secondo ottetto è sempre 02, quindi il primo byte
significativo da cui si inizia a decodificare è il terzo (0B).
Il quarto, 61, che si rappresenta in binario come 0110 0001, ci permette di identificare
tramite la Tab. 4.1, la Precedence class e, come vediamo, corrisponde alla classe High
priority, quindi, come ci aspettavamo, è ARP 1.
Figura 4.3: Mappa che descrive i vari byte/ottetti
All other values are interpreted as Delay class 4 (best effort) in this version of the protocol.
Bit 7 and 8 of octet 3 are spare and shall be coded all 0
Precedence class, octet 4 (see 3GPP TS 23.107)
Bits
321
0 0 1 High priority
0 1 0 Normal priority
0 1 1 Low priority
1 1 1 Reserved
Tabella 4.1: Informazioni contenute nell’ottetto num. 4 (3GPP TS 24.008)
89
90
Traffic class, octet 4 (see 3GPP TS 23.107)
Bits
876
0 0 1 Conversational class
0 1 0 Streaming class
0 1 1 Interactive class
1 0 0 Background class
1 1 1 Reserved
Tabella 4.2: Informazioni contenute nell’ottetto num. 6 (3GPP TS 24.008)
Con il sesto ottetto, 71, invece possiamo conoscere la classe di traffico della SIM. Il
71 in binario corrisponde a 0111 0001 e guardando la Tab. 4.2 si vede che corrisponde
alla classe Interactive.
4.1.3 Realizzazioni delle misure
Al fine di valutare la Qualità del Servizio, e nel contempo verificarne il throughput, si è
scelto di fare delle prove di download Ftp di un file di circa 5Mbyte contemporaneamente
da due postazioni.
Questa modalità di misura dovrebbe permettere nel corso del tempo di poter osservare
lo stabilizzarsi di una condizione nella quale un utente (rappresentato durante le nostre
prove da un personal computer) riesca a compiere il download del file con una maggiore
ampiezza di banda rispetto ad un altro utente meno prioritario e, magari nel contempo
riuscire a valutare un altro degli obbiettivi di questo lavoro di tesi: verificare se la rete
dati UMTS può sopperire alla connessione via cavo (ad esempio ADSL) in condizione di
necessità e non introdurre una forte percezione di ritardo da parte dell’utente che la sta
usando per navigare o scaricare files.
Come server, dal quale fare il download del file, al fine di verificare anche le condizioni
in cui un utente può ritrovarsi quando utilizza una connessione dati UMTS, è stato scelto
un server pubblico, precisamente quello di Epson America (ftp.epson.com). E’ stato scelto
questo poichè, oltre ad essere sempre raggiungibile, è abbastanza veloce e non dovrebbe
risentire di molte connessioni contemporanee oltre le nostre.
Per queste misure, cosiddette in condizioni reali, verranno annotati il throughput
medio e massimo del download dei file dei due apparati che scaricheranno il medesimo
file contemporaneamente.
91
(SIM ARP1) throughput medio: 33 KBps, throughput max 49 KBps
(SIM ARP3) throughput medio: 32,38 KBps, throughput max 52,1 KBps
Figura 4.4: Andamento del throughput nel corso delle misure in condizioni reali
4.1.4 Raccolta dei dati
Come già anticipato nei paragrafi precedenti, il download del file verrà monitorato con
dei tool che permettono di seguire il throughput con frequenza di campione al secondo,
così da poter seguire e confrontare l’andamento del download ed annotare il throughput
medio e massimo.
Per quanto abbiamo visto sull’UMTS e viste le specifiche del 3GPP, sappiamo che
per questa prima fase dell’UMTS la velocità massima raggiungibile in fase di downlink
è pari a 384 Kbps (pari a 48 KBps). I 2 Mbps si potranno raggiungere solo nella futura
implementazione dell’UMTS, quando, oltre ad il traffico dati, anche tutto il traffico voce
sarà commutato a pacchetto.
Da una prima analisi dei grafici delle misure ottenute, si nota subito la poca accuratezza del valore di throughput massimo, infatti, come possiamo vedere ad esempio in
Fig. 4.4, questo valore supera ampiamente il limite massimo dei 48 KBps.
Esaminando il tracciamento dei pacchetti ricevuti alla nostra MS (come ad esempio
nel tracciamento a pag. 111) si nota, come era possibile immaginare, che, scendendo di
92
livello nella pila OSI2 , ai pacchetti che contengono i dati vengono aggiunte degli header
per far sì che i dati possano essere correttamente interpretati e consegnati passando per i
livelli sottostanti. Valutando questi overhead, abbiamo visto che ai 1078 Byte del nostro
datagramma vengono aggiunti 20 Byte di header IP e altrettanti di header TCP3 : il nostro
valore di overhead è quindi un 8%, circa 3,5 KBps.
Seppur questo 8% si possa ritenere “intrinseco” alla connessione, altri overhead vengono aggiunti dai vari programmi di monitoraggio della connessione che lavorano, a seconda del programma, sui livelli che vanno dal 5◦ al 7◦ della pila OSI. Questi valori
purtoppo non sono valutabili in quanto bisognerebbe innanzitutto sapere esattamente il
livello al quale si posizionano i vari programmi per poi poter effettuare delle analisi su
come trattano i pacchetti durante le loro misure.
Questo primo risultato ci dimostra, come ci eravamo prefissati di valutare i dati raccolti all’inizio del nostro lavoro di Tesi, che il parametro principe per discernere fra i
risultati acquisiti è il throughput medio.
2 [Tan98],
[Cor03].
Control Protocol: Flusso di Byte bidirezionali (end to end) a canale virtuale best effort.
Protocollo affidabile, preserva l’ordine nei messaggi (dotati anche di priorità) e dotato di controllo di
flusso, ottenuto tramite ack.
I messaggi hanno dimensione variabile, ma con header di 20 byte, e non sono duplicati.
3 Transmission
4.2. Misure in condizioni ideali
93
Osservando attentamente i grafici dei dati ottenuti, come possiamo notare ad esempio
in Fig. 4.4 e 4.6, l’andamento del download nel corso del tempo è molto “frastagliato”
e non molto costante: questo è dovuto principalmente al percorso che i pacchetti TCP
devono seguire, oltrepassando router e gateway, che li instradano nel loro tragitto dal
server al nostro computer. Infatti, soffermandoci su un singolo test di misura si nota come
l’andamento sia pressochè analogo nel caso sia SIM ARP1 sia di SIM ARP3.
4.2 Misure in condizioni ideali
Questo tipo di misurazioni sono state effettuate presso il Test Plant di Vodafone a Milano.
In questa struttura sono replicati i principali apparati che sono disponibili normalmente nella rete dei vari gestori di TLC, ma utilizzati solo a fine di test e non disponibili
come risorse per i servizi destinati ai semplici utenti.
E’ stato possibile utilizzare Node-B, SGSN ed RNC dedicati e quindi poterli configuare in modo da poter simulare varie configurazioni di carico nelle rete UMTS, come
ad esempio condizioni di sovraccarico.
94
4.2.1 Ambiente delle misure e configurazione delle periferiche e SIM
utilizzate
Per poter ottenere delle misure “pure” senza che quindi vengano falsate da altri utenti
sulla rete, le prove si sono svolte all’interno di una camera schermata dalle onde elettromagnetiche esterne.
Queste condizioni potevano far sì che potevamo autonomamente decidere quanti utenti avere sulla nostra rete e/o limitare la banda dell’interfaccia Iu-PS, così da simulare una
situazione di congestione della rete e vedere come la banda veniva distribuita fra i vari
attori connessi in quegli istanti.
Al fine di poter ricreare queste situazioni, all’interno della stanza vi era un Node-B, il
quale era collegato a tutti gli altri apparati di rete (opportunamente configurati) tramite un
cavo, che usciva dalle pareti schermate, che permetteva ai terminali che utilizzavo delle
SIM di test di fare l’Attach e utilizzare la rete come facevamo durante i test in condizioni
reali.
Le SIM preparate per questi test erano varie, ma tutte configurate con la stessa classe
di traffico Interactive. Le uniche differenze presenti erano la QoS per l’apn utilizzato
(visto le condizioni in cui si sarebbero effettuate le misure ne è stato configurato uno ad
hoc, denominato qosftp), in quanto si avevano sia SIM ARP 1, ARP 2 che ARP 3.
Per le misure effettuate in queste condizioni, sono stati utilizzati diversi computer
portatili (con sistema operativo Microsoft Windows 2000) alcuni equipaggiati con una
scheda Pcmcia dual mode GPRS/UMTS, mentre altri collegati da acuni terminali UMTS
(come il Nokia 6650 e il Samsung Z107) opportunamente configurati.
4.2.2 Modalità di misura e raccolta dei dati
All’interno della sala schermata si sono svolti principalmente due tipi di test:
1. il primo senza limitazione di banda dell’interfaccia Iu-PS, quindi una situazione
con rete “libera”;
2. il secondo, limitando la banda della Iu-PS a 128 Kbps, simulando quindi una situazione di sovraccarico della rete.
Per ognuno dei due tipi di test di misure si sono svolte queste modalità:
4.2. Misure in condizioni ideali
95
Figura 4.7: Periferiche utilizzate all’interno della camera schermata al TestPlant
• invio di pacchetti UDP4 (quindi assimilabile ad un download) agli indirizzi IP dei
terminali connessi alla nostra rete UMTS;
• invio di pacchetti UDP ad un terminale, mentre l’altro svolge il download Ftp di un
file da 5MByte da un server pubblico;
• come le due modalità precedenti, con la differenza che l’invio dei pacchetti UDP o
l’inizio del download Ftp avvenivano non istantaneamente, bensì in tempi diversi.
4 Protocollo
senza connessione, non affidabile e senza ordine dei messaggi.
I messaggi hanno lunghezza fissa, cone header di 16Byte, incapsulati in fase di trasporto in un
datagramma IP.
Capitolo 5
Analisi dei risultati
Dopo aver spiegato in che modo si sono svolte le campagne di misure nelle due condizioni, vediamo di analizzarne i risultati ottenuti al fine di poter trarre delle conclusioni
su questo lavoro di Tesi.
5.1 Analisi dei risultati ottenuti in condizioni reali
Come avevamo ripetuto anche al Par. 4.1.3, i dati raccolti in questo ambito possono essere
utilizzati per determinare le caratteristiche con cui è reso disponibile il servizio UMTS.
Dalle prove effettuate in queste condizioni (l’elenco completo dei risultati di questi
test è presente a pag. 137) non si è vista una maggiore banda messa a disposizione alla
SIM più prioritaria in confronto a quella meno prioritaria. Non è stato quindi possibile appurare che i settaggi di QoS fatti per le SIM fossero realmente gestite, per quanto riguarda
l’assegnazione della banda, dall’SGSN.
Essendo il discorso della QoS ancora in fase inziale, all’inizio dei test si pensava che
l’SGSN non ricevesse, in fase dell’attivazione del PDP Context Activation, il settaggio
della QoS per la SIM utilizzata, ma il dump dell’SGSN (mostrato nel Par. 4.1.2.2) ha
subito smentito questa ipotesi.
Quello che ci siamo limitati a vedere sono stati dei risultati non correlati fra di loro,
in quanto il download del file da una SIM risultava non influenzato dall’altra e, anzi,
risultava assolutamente indipendente dalla priorità settata per quella SIM.
Quindi, non potendo appurare il discorso legato alla Qualità del Servizio da questi test,
ci siamo concentrati a svolgere analisi di throughput, con la speranza di poter ritornare
sul discorso della QoS nelle prove in condizioni ideali.
97
98
5. ANALISI DEI RISULTATI
Grafico per la SIM ARP1 (valore medio del throughput: 28,92 KBps)
Grafico per la SIM ARP3 (valore medio del throughput: 29,19 KBps)
Figura 5.1: Andamento dei throughput, in base alle prove, nelle due diverse SIM
5.1.1 Valutazioni sull’andamento del throughput
In Fig. 5.1, abbiamo graficato separatamente l’andamento del throughput (medio e massimo) per le due SIM utilizzate per le nostre campagne di misura.
Questo primo grafico dimostra ciò che avevamo annunciato nel paragrafo precedente,
cioè che le misure sono risultate assolutamente indipendenti dalla priorità della SIM
stessa.
Soffermandoci ad analizzare il throughput medio, possiamo comunque notare come
per entrambe le SIM (seppur qualche caso in cui il valore medio è crollato intorno a 5
KBps) la linea rosa, che collega i valori dei throughput medi per ogni singola prova, non
si discosti più di tanto dal loro valore medio, la linea verde.
Valutando assieme i valori medi del throughput per le due SIM, per la SIM ARP1
28,92 KBps mentre per quella ARP3 29,19 KBps, possiamo avere un’idea delle prestazioni
che la rete UMTS ci può dare.
Un’altra valutazione che possiamo fare, sempre con i risutati ottenuti, è quella di
5.2. Analisi dei risultati ottenuti in condizioni ideali
99
Figura 5.2: Andamento dei throughput con le migliori prestazioni delle SIM per ogni
prova
graficare i migliori valori di throughput per ogni prova indipendentemente dalla SIM:
così facendo otteniamo la Fig. 5.2.
Con questo grafico andiamo ad annullare le peggiori prestazioni per ogni prova, ottenendo il valore di throughput massimo in download per il nostro contesto.
In questa maniera, il throughput medio passa a 31,40 KBps.
Seppur per quanto scritto al Par. 4.1.4 in merito ai valori di throughput in Fig. 5.2,
a differenza di Fig. 5.1, il valore del throughput massimo sembra essere più fedele al
valore di throughput medio discostandosi, in molte delle prove, in maniera uniforme,
suggerendo quasi una sorta di correlezione e dimostrando che in quelle prove l’andamento
in download deve essere stato abbastanza alto.
5.2 Analisi dei risultati ottenuti in condizioni ideali
In condizioni ideali, la prima cosa che abbiamo visto è che, in assenza di traffico e simulando il download diretto (senza quindi router o nodi da far attraversare ai pacchetti IP),
due utenti riescono a scaricare in modo costante dati a 48 KBps, utilizzando quindi tutti i
384 Kbps che la banda dell’UMTS ci permette di sfruttare.
Non appena però la banda dell’interfaccia Iu-PS viene portata a 128 Kbps, simulando quindi la congestione della rete, i due utilizzatori si spartiscono equamente la banda
disponibile, portandosi entrambi attorno ai 64 Kbps (circa 8 KBps) indipendentemente
dal profilo QoS settato sulla propria SIM.
In queste condizioni, provando ad attivare un terzo utente, l’SGSN ci ha risposto con
un messaggio PDP Context Reject non permettendoci di attivare altre connessioni attive,
100
5. ANALISI DEI RISULTATI
stando come ad indicare che i 64 Kbps siano un limite inferiore per la banda disponibile
messa a disposizione per un utente.
Anche in questo caso con congestione della rete, dove dovrebbe dimostrarsi, in teoria,
in maniera più evidente la priorità di una SIM rispetto ad un’altra, il fenomeno non si è
verificato.
Seppur questo è il risultato è bene descrivere il fenomeno riportato al terzo punto del
Par. 4.2.2: quando un utente attivo sfrutta tutti i 128 Kbps disponibili, se un secondo
utente incomincia un download, la banda si porta nel giro di qualche secondo sui 64 Kbps
per entrambi gli utilizzatori per poi prontamente ritornare al massimo valore non appena
uno dei due utenti ha terminato di utilizzare la banda a sua disposizione.
Conclusioni
In questo lavoro di tesi, oltre ad esaminare le varie reti di telecomunicazioni mobili
disponibili nello scenario europeo, è stata analizzata in dettaglio la rete UMTS Release 99.
Di questa si sono voluti analizzare alcuni aspetti per poter determinare il corretto funzionamento degli algoritmi di Qualità del Servizio e vedere, nel frattempo, se il collegamento
dati fornito da questa rete di terza generazione (3G) potesse sopperire alla classica connessione casalinga a banda larga quando un utente ad esempio si può trovare in situazioni
di mobilità.
Prima di illustrare le potenzialità di questa rete sono state innanzitutto illustrate le
modalità di funzionamento per l’instaurazione di una connessione dati per le reti GSM e
GPRS e poi si è dettagliatamente analizzata la parte di Core Network della rete UMTS,
principalmente la parte PS, responsabile appunto di questi collegamenti.
Quindi, la parte di rete interessata nei nostri test, sia con le sue apparecchiature sia
con i suoi protocolli, come possiamo vedere in Fig. 2.2 a pagina 35, è quella che va dal
Node B fino alla rete internet IP, passando appunto per l’RNC, l’SGSN e il GGSN.
Tale conoscenza di questa struttura ci ha inizialmente permesso di verificare, tramite
alcuni dump, che le SIM in nostro possesso per le successive fasi di test fossero correttamente settate e registrate all’interno dell’HLR e dell’SGSN.
Successivamente sono stati presentati i due tipi di misurazioni che ci eravamo prefissati di eseguire sulla rete al fine di esaminare i meccanismi alla base della QoS e quindi
abbiamo effettuato tali test in condizioni reali, con la collaborazione di Vodafone Italia, e
ideali, tramite apparecchiature di test sempre di proprietà di Vodafone.
I risultati, dalle misure fatte in condizione reali sulla rete attualmente in servizio di
Vodafone, hanno dimostrato buone velocità di download, in linea con le prestazioni che
l’UMTS Release 99 classe Interactive ci poteva offrire, ma non ci hanno permesso di verificare un’effettiva differenza di trattamento fra le due SIM, quella prioritaria configurata
come Gold e quella meno come Bronze secondo appunto i parametri della QoS.
Tale situazione è stata imputata a vari fattori come le differenti apparecchiature (in
termine di marca) attivate dall’operatore, o da possibili versioni di firmware o software
101
102
CONCLUSIONI
non definitive installate sulle stesse, che possono causare problemi nella corretta interpretazione dei vari messaggi nei vari protocolli in gioco, o dalla troppa banda libera a
disposizione degli utenti che non ha permesso l’innescarsi dei meccanismi di QoS.
Con le prove in condizioni ideali, dove abbiamo potuto sperimentare anche apparecchiature di marche differenti nei primi test o disporre di minore banda, speravamo di
poter captare tale differenza di trattamento per le nostre SIM ma, anche in questa situazione non ci è stato possibile apprezzare rilevanti differenze al punto che la scarsa banda
libera veniva spartita equamente dalle due SIM, continuando a non considerare i differenti
ARP settati sulle due SIM.
L’ultima fase della parte di rete interessata dai nostri test che non abbiamo potuto
analizzare è sempre stata il GGSN: l’ultima apparecchiatura prima che i pacchetti vengano
smistati sulla rete internet.
Al GGSN è stato principalmente imputato il fatto di aver rilevato impercettibili differenze di trattamento delle due SIM al termine di queste misurazioni, poiché i dump di
registrazione che le due SIM hanno effettuato sia nell’attivazione di un PDP Context sia
nell’SGSN sono sempre risultati in linea con il profilo che la SIM doveva ricoprire.
Con tutti i dati e il comportamento di questi test è stato facile definire un andamento
in termini di throughput della connessione dati su linea UMTS: i risultati medi sull’ordine
di 31 KBps per quanto riguarda il canale di download e tempi di latenza abbastanza contenuti, rispetto alle “pause” tipiche della connessione GPRS [Ven03], possono far sì che
questo tipo di connessione possa essere utilizzata anche come sostituta di una classica a
banda larga.
Concludendo affermiamo che velocità maggiori potranno essere raggiunte con la nuova HSDPA, dove prime prove in termini di throughput parlano di velocità nell’ordine dei
120 KBps.
Sviluppi Futuri
Come avviene in tutti i campi, le innovazioni portano sviluppi più o meno rapidi alle
tecnologie che si stanno utilizzando...
Il campo della telefonia mobile non si discosta da questa tendenza, anzi, i vari consorzi
sono sempre pronti a presentare nuove specifiche e tecnologie che permettono ai vari
gestori di migliorare o introdurre nuovi servizi di cui, come sempre avviene, l’utente
finale deciderà quello che si dimostrerà il “migliore”.
L’attualità ci porta l’introduzione, da qualche mese anche nel nostro mercato, dell’HSDPA (High-Speed Downlink Packet Access), non un vero e proprio nuovo standard rispetto all’UMTS (e per questo motivo chiamato anche con la sigla 3.5G), ma l’applicazione
di un concetto contenuto all’interno delle specifiche del WCDMA il cui obiettivo principale è quello di incrementare la qualità del servizio e, in generale, migliorare l’efficienza
spettrale per il downlink dei pacchetti dati.
Tali modifiche portano l’HSDPA a fornire una velocità massima di downlink pari a
14,4 Mbps.
Dopo l’HSDPA incomincia a fare capolino l’HSUPA (High-Speed Uplink Packet Access), conosciuto anche con la sigla 3.75G, ch,e come per la precedente tecnologia, sviluppa concetti già introdotti nelle specifiche del WCDMA e si pone l’obiettivo di innalzare
la velocità di uplink fino a 5,76 Mbps. Tale tecnologia dovrebbe debuttare con offerte
commerciali a metà 2007.
Nei prossimi paragrafi verranno illustrate velocemente quali siano le differenze dell’HSDPA con lo standard UMTS, argomento appunto di questo lavoro di tesi.
HSDPA
Come accennato nell’introduzione di questo capitolo, l’HSDPA si può definire come
un’evoluzione del sistema UMTS in quanto, oltre a condividere la quasi totalità degli
elementi di rete (alcuni dei quali necessiteranno di qualche aggiornamento all’interno
103
104
HSDPA
Figura 7.1: Principali cambiamenti dell’architettura HSDPA rispetto all’UMTS Rel. 99
dell’apparato), i due sistemi possono coesistere sulla stessa rete con l’attuale Release 99
dell’UMTS, permettendo un’introduzione regolare ed efficiente dell’HSDPA nelle reti
WCDMA esistenti.
Rispetto all’architettura della Release 99, l’HSPDA presenta modifiche nell’intervallo
del tempo di trasmissione (TTI, ora pari a 2 mSec), nella modulazione a codifica adattiva (AMC), nella trasmissione multicode ed introduce un livello fisico (L1) più veloce,
un ARQ ibrido (H-ARQ) e lo spostamento dall’RNC al Node-B dello scheduling dei
pacchetti ottenendo così un più facile accesso alle misure dell’interfaccia dell’aria.
Queste modifiche allo schedulatore dei pacchetti fanno si che lo user data rate possa
essere regolato istantaneamente in base alle condizioni del canale radio.
Quando collegata, un’UE HSDPA trasmette periodicamente un CQI (Channel Quality Indicator) al Node-B, indicando quanto data rate (codice, schema di modulazione e
numero di multicodes utilizzato) possa essere sostenuto dall’apparecchiatura dell’utente
rispetto alle condizioni radio in cui si trova.
L’UE, inoltre, trasmette un acknowledgement (Ack/Nack) per ogni pacchetto in modo
che il Node-B sappia quando iniziare la ritrasmissione. Con le misure di qualità del
canale disponibili per ogni UE nella cella, lo schedulatore di pacchetti può ottimizzare la
gestione dei messaggi per gli utenti. Per esempio, in Fig. 7.1 lo schedulatore del canale
Struttura del canale HSDPA
105
Figura 7.2: Struttura del canale HSDPA
basa la relativa selezione sulla più alta qualità del canale disponibile.
Struttura del canale HSDPA
A differenza di quanto contenuto nell’UMTS (Vedi paragrafi 2.6.1 a pagina 48 e 2.6.2 a
pagina 49), l’HSDPA introduce un nuovo canale di trasporto in downlink denominato HSDSCH (High-Speed Downlink Shared Channel) e un corrispettivo nuovo canale fisico in
uplink denotato dalla sigla HS-PDSCS.
Le risorse di codifica disponibili al canale HS-DSCH consistono in uno o più codici
di canalizzazione con uno Spreading Factor (SF) fissato a 16, di cui solo 15 possono però
essere assegnati per lasciare così sufficiente spazio ad altri controlli richiesti.
Le risorse di codice disponibili sono inizialmente suddivise nel dominio dei tempi,
ma è anche possibile ripartirle utilizzando il code multiplexing: in questo caso due o
quattro utenti condivideranno le risorse di codifica all’interno dello stesso intervallo di
trasmissione (TTI). HS-DSCH impiega il nuovo TTI più corto (2 mSec) rispetto al canale
di trasporto definito dalla Release 99: tale scelta è stata effettuata al fine di ridurre i
ritardi dovuti al link adaptation, aumentare la granularità nel processo di schedulazione
ed analizzare più velocemente i cambiamenti della risorsa radio.
La segnalazione di controllo su cui un UE deve essere schedulato viene trasmessa
dal Node-B sul canale HS-SCCH (High-Speed Shared Control Channel). Tale canale
è comune e tutti gli utenti ed è impostato per trasmettere l’HS-SCCH TTI due slot in
anticipo rispetto al HS-DSCH TTI corrispondente.
Il segnale HS-SCCH viene codificato dall’UE e contiene, oltre ad alcune semplici
informazioni di controllo, le regolazioni impiegate per la modulazione, lo schema di
codifica, il codice di canalizzazione e l’H-ARQ (Hybrid Automatic-Repeat-Request).
106
H-ARQ
Ogni UE ha associato un piccolo bit-rate dedicato sul canale fisico (DPCH) sia nella
direzione di downlink sia di uplink. Il canale associato al downlink trasporta l’elemento
portante del segnale radio per Layer-3 che detta così gli ordini di controllo e di potenza
per il canale di uplink, mentre il canale di uplink è utilizzato come canale di feedback,
cioè trasporta gli Ack del TCP.
Il concetto di HSDPA, inoltre, introduce un canale addizionale in uplink di controllo
fisico denominato HS-DPCCH, che serve a trasportare le informazioni di CQI così come
gli Ack dell’H-ARQ.
AMC e multicode trasmission
Nei sistemi di comunicazione cellulari, il rapporto fra segnale e rumore-interferenza (SINR)
del segnale ricevuto da un UE varia col tempo e con questo la potenza viene aggiustata per
compensare gli effetti di fast fading e di posizione geografica con valori anche di 30-40
dB.
Al fine di migliorare la capienza del sistema, il data rate e la coverage reliability, il
segnale trasmesso ad un utente è modificato attuando un particolare metodo: tradizionalmente il WCDMA ha usato il Fast Power Control per fare questo mutamento.
Nel sistema HSDPA, invece, vengono utilizzate la modulazione e la codifica adattabile
(AMC) a causa delle modifiche sul TTI introdotte da questa architettura ma, come il
precedente metodo, effettuano un controllo di potenza al fine di migliorare l’efficienza
spettrale.
In questo metodo il Node-B determina il tasso di data rate basandosi sui rapporti del
CQI così come sulle misure di potenza sui canali collegati.
Il data rate viene modificato variando lo schema di modulazione: il code rate effettivo
diventa così il numero di codici di HS-PDSCH.
In un sistema con AMC, ad utenti vicino al Node-B, vengono assegnati tipicamente
modulazioni di ordine più alto e con i più alti valori di code rate (per esempio 16 QAM
con un code rate di 3/4) per poi diminuire quando la distanza dal Node-B aumenta.
H-ARQ
Quando l’HSDPA lavora ai valori più alti di efficienza spettrale il BLER (Block Error
Rate), dopo la prima trasmissione, assume valori nell’ordine del 10-20%.
Per aumentare l’efficienza di ritrasmissione dei dati e ridurne il ritardo è stato introdotto un meccanismo di H-ARQ che utilizza il protocollo Stop and Wait (SAW).
Packet Scheduling
107
Nel protocollo SAW, il trasmettitore continua ad inviare il blocco corrente fino a quando l’UE non lo riceverà correttamente. Al fine di ottimizzare i tempi di attesa di un’Ack
da parte del Node-B, possono essere trasmessi all’UE fino a 8 (ma normalmente per un
minimo di 4 ad un massimo di 6) processi paralleli di SAW-ARQ in differenti TTI. In
HSDPA il tempo minimo di ritrasmissione del pacchetto è di 12 mSec.
Il controllo di tali H-ARQ e loro eventuale ritrasmissione è a carico del Node-B e non
dell’RNC: in tale modo si evita il ritardo introdotto dalla Iub.
L’HSDPA supporta sia la IR (Incremental Redundancy) sia il CC (Chase Combing)
come strategie di ritrasmissione.
Packet Scheduling
Il processo di schedulazione in HSDPA è situato nello strato medio di accesso, denominato MAC-hs (High Speed Medium Access Protocol).
Il MAC-hs è situato nel Node-B,: ciò significa che le decisioni di schedulazione del
pacchetto sono eseguite quasi istantaneamente.
La tipica strategia di schedulazione del pacchetto è di tipo Round-Robin, dove gli
utenti sono serviti in ordine sequenziale, al fine di ottenere per tutti lo stesso tempo medio
di allocazione.
Tuttavia, l’alto tasso di schedulazione, unito con la vasta gamma dinamica di AMC
disponibili, facilita in HSDPA metodi avanzati di ripartizione del canale in accordo alle
correnti condizioni radio.
Un metodo di schedulazione è il Proportional Fair Packet Scheduler con questo l’ordine nel quale si viene serviti è determinato dal valore della qualità del canale radio in un
certo istante.
Poiché la selezione è basata su circostanze relative, ogni utente ottiene approssimativamente la stessa quantità di tempo di ripartizione, ma l’aumento nella capienza del
sistema eccede facilmente il 50%.
108
PACKET SCHEDULING
Appendice A
Periferiche utilizzate
Figura 8.1: Analizzatore di protocollo RADCOM modello Performer
109
110
PERIFERICHE UTILIZZATE
Alcune delle periferiche in possesso all’NSS Bologna 2 di Vodafone, utilizzate per questo
lavoro di tesi.
Figura 8.2: RNC Nortel in dotazione a Vodafone
Appendice B
Tracciamento messaggi di un PDP Context
Qui di seguito riportiamo l’intero scambio di messaggi per l’attivazione di un PDP Context della SIM ARP1, tracciato da un’analizzatore di protocollo RADCOM, per verificare
la corretta registrazione della nostra SIM all’interno dell’SGSN.
Vedi paragrafo a Pag. 83.
@RADCOM UMTS Iu Consultant
@Report time = Wednesday, December 22, 2004, 17:14:44.00000
@UMTS Iu Consultant [127.0.0.1].1 Session #113, PS Connection #1
*****************************************************************
Frame #1, Time : 17:11:38:383, direction : uplink
Message : GMM: Service Request
----------------------------------------------------------------ATM: Status - O.K
ATM: Station - 0,33
ATM: VPI - 0
ATM: VCI - 33
ATM: AAL Type - 5
ATM/SAR: UU - 0 <00>
ATM/SAR: CPI - 0 <00>
ATM/SAR: Length - 100 <0064>
ATM/SAR: CRC - 0xF8034828 <F8034828>
MTP-3: Service Indicator: (3) SCCP <C3>
MTP-3: Sub service indicator: (3) Reserved (national use)
MTP-3: Routing Label
MTP-3: DPC: 2.160.5 Dec: 5381 Hex: 0x00001505
MTP-3: OPC: 2.176.1 Dec: 5505 Hex: 0x00001581
MTP-3: SLS: 9 Dec: 9 Hex: 0x00000009
SCCP: Message Type Code: 1 CR Connection Request <01>
111
TRACCIAMENTO MESSAGGI DI UN PDP CONTEXT
112
SCCP: Source local reference: 0xC13F8B <C13F8B>
SCCP: Protocol class: 0x02 <02>
SCCP: ....0010 class 2
SCCP: 0000.... spare
SCCP: Pointer to parameter: 2 <02>
SCCP: Pointer to optional part: 4 <04>
SCCP: Called party address:
SCCP: Length Indicator: 2 <02>
SCCP: Address Indicator: 0x42 <42>
SCCP: 0....... reserved for national use
SCCP: .1...... routing indicator: Route On SSN
SCCP: ..0000.. global title indicator
SCCP: ......1. subsystem number indicator: Present
SCCP: .......0 signalling point code indicator: Absent
SCCP: Subsystem Number: 142 RANAP <8E>
SCCP: Optional Part:
SCCP: Parameter Name: 4 Calling party address <04>
SCCP: .......1 signalling point code indicator: Present
SCCP: Signalling Point Code: 0x8115 <8115>
SCCP: Parameter Name: 15 Data <0F>
SCCP: User Data:
RANAP: value RANAP-PDU ::= initiatingMessage :
RANAP: procedureCode 19,
RANAP: criticality ignore,
RANAP: value InitialUE-Message :
RANAP: protocolIEs
RANAP: id 3,
RANAP: value CN-DomainIndicator : ps-domain
RANAP: id 15,
113
RANAP: value LAI :
RANAP: pLMNidentity ’22F201’H,
RANAP: lAC ’25001’D
RANAP: id 55,
RANAP: value RAC : ’10’D
RANAP: id 58,
RANAP: value SAI :
RANAP: lAC ’25001’D,
RANAP: sAC ’6321’D
RANAP: id 16,
RANAP: value NAS-PDU :
RANAP: ,
RANAP: id 79,
RANAP: value IuSignallingConnectionIdentifier : ’105883’D
RANAP: id 86,
RANAP: value GlobalRNC-ID :
RANAP: rNC-ID 5
GSM L3: Protocol Discriminator: Mobility Management Messages for GPRS <08>
GSM L3: TI Flag: The Message is sent from the side that originates the TI
GSM L3: Transaction ID: 0
GMM/SM/CC/MM (UMTS): Message Type: 12 - Service Request <0C>
GMM/SM/CC/MM (UMTS): IE Type: Ciphering key sequence number
GMM/SM/CC/MM (UMTS): Key sequence: 0 <00>
GMM/SM/CC/MM (UMTS): IE Type: Service type
GMM/SM/CC/MM (UMTS): Service type: Signalling <00>
GMM/SM/CC/MM (UMTS): IE Type: Mobile identity
GMM/SM/CC/MM (UMTS): Length: 5 <05>
GMM/SM/CC/MM (UMTS): Odd/even indicator: even number of identity digits
<F4>
GMM/SM/CC/MM (UMTS): Type of identity: TMSI/P-TMSI
114
GMM/SM/CC/MM (UMTS): Identity digits: D6DEBA15 <D6DEBA15>
RAW DATA :
0000: C3 05 55 60 95 01 C1 3F 8B 02 02 04 02 42 8E 04 ..U..........B..
0010: 04 43 81 15 8E 0F 45 00 13 40 41 00 00 07 00 03 .C....E...A.....
0020: 40 01 80 00 0F 40 06 00 22 F2 01 61 A9 00 37 40 ...........a..7.
0030: 01 0A 00 3A 40 08 00 22 F2 01 61 A9 18 B1 00 10 ..........a.....
0040: 40 0A 09 08 0C 00 05 F4 D6 DE BA 15 00 4F 40 03 .............O..
0050: 69 58 03 00 56 40 05 22 F2 01 00 05 00 00 00 00 iX..V...........
0060: C8 0F 60 E0 00 00 00 00 53 43 43 50 5F 4D 54 50 ........SCCP.MTP
0070: 5F 49 46 00 00 00 00 00 00 2D 00 00 00 00 00 00 .IF.............
0080: FF FF FF FF 00 00 00 00 00 00 00 64 F8 03 48 28 ...........d..H.
*****************************************************************
Frame #2, Time : 17:11:38:485, direction : downlink
Message : SCCP: CC Connection confirm
----------------------------------------------------------------ATM: Status - O.K
ATM: Station - 0,33
ATM: VPI - 0
ATM: VCI - 33
ATM: AAL Type - 5
ATM/SAR: CRC - 0x87E3F595 <87E3F595>
Q.SAAL: Q.SAAL message PDU type: SD N(S): 1039076
MTP-3: Service Indicator: (3) SCCP <D3>
MTP-3: DPC: 2.176.1 Dec: 5505 Hex: 0x00001581
MTP-3: OPC: 2.160.5 Dec: 5381 Hex: 0x00001505
MTP-3: SLS: 8 Dec: 8 Hex: 0x00000008
SCCP: Message Type Code: 2 CC Connection Confirm <02>
SCCP: Destination local reference: 0xC13F8B <C13F8B>
SCCP: Source local reference: 0x50465E <50465E>
SCCP: Protocol class: 0x02 <02>
SCCP: ....0010 class 2
SCCP: 0000.... spare
115
SCCP: Parameter Name: 3 Called party address <03>
SCCP: .......0 signalling point code indicator: Absent
SCCP: Parameter Name: 0 End of optional parameters <00>
RAW DATA :
0000: D3 81 55 41 85 02 C1 3F 8B 50 46 5E 02 01 03 02 ..UA.....PF.....
0010: 42 8E 00 00 48 0F DA E4 00 00 00 00 00 00 00 00 B...H...........
0020: 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 18 87 E3 F5 95 ................
*****************************************************************
Message : RANAP: SECURITY MODE COMMAND
----------------------------------------------------------------ATM: Status - O.K
ATM: Station - 0,33
ATM: VPI - 0
ATM: VCI - 33
ATM: AAL Type - 5
ATM/SAR: CRC - 0xC8DFE92F <C8DFE92F>
MTP-3: DPC: 2.176.1 Dec: 5505 Hex: 0x00001581
MTP-3: OPC: 2.160.5 Dec: 5381 Hex: 0x00001505
MTP-3: SLS: 8 Dec: 8 Hex: 0x00000008
SCCP: Message Type Code: 6 DT1 Data Form 1 <06>
SCCP: Segmenting/reassembling: 0x00 <00>
SCCP: 0000000. reserve
116
SCCP: .......0 No more data
SCCP: SCCP User Data
SCCP: Parameter Name: 8 Sequencing/segmenting <08>
SCCP: Length Indicator: 15 <0F>
SCCP: Sequencing/segmenting: 0xDAE5 <DAE5>
SCCP: 1101101......... P(S)
SCCP: .......0........ reserve
SCCP: ........1110010. P(R)
SCCP: ...............1 More data
RANAP: criticality reject,
RANAP: value SecurityModeCommand :
RANAP: protocolIEs
RANAP: id 12,
RANAP: value IntegrityProtectionInformation :
RANAP: permittedAlgorithms
RANAP: standard-UMTS-integrity-algorithm-UIA1
RANAP: key ’2221CEDF9EB2AADFBC9364002221CEDF’H
RANAP: id 11,
RANAP: value EncryptionInformation :
RANAP: permittedAlgorithms
RANAP: standard-UMTS-encryption-algorith-UEA1,
RANAP: no-encryption
RANAP: key ’9EB2AADFBC9364009EB2AADFBC936400’H
RANAP: id 75,
RANAP: value KeyStatus : old
RAW DATA :
0000: C3 81 55 41 85 06 C1 3F 8B 00 01 38 00 06 00 34 ..UA.......8...4
0010: 00 00 03 00 0C 00 12 00 00 22 21 CE DF 9E B2 AA ................
0020: DF BC 93 64 00 22 21 CE DF 00 0B 40 12 08 80 9E ...d............
0030: B2 AA DF BC 93 64 00 9E B2 AA DF BC 93 64 00 00 .....d.......d..
0040: 4B 00 01 00 08 0F DA E5 00 00 00 00 00 00 00 00 K...............
117
0050: 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 48 C8 DF E9 2F ...........H....
*****************************************************************
Message : RANAP: SECURITY MODE COMPLETE
----------------------------------------------------------------ATM: Status - O.K
ATM: Station - 0,33
ATM: VPI - 0
ATM: VCI - 33
ATM: AAL Type - 5
ATM/SAR: CRC - 0x18876656 <18876656>
MTP-3: DPC: 2.160.5 Dec: 5381 Hex: 0x00001505
MTP-3: OPC: 2.176.1 Dec: 5505 Hex: 0x00001581
MTP-3: SLS: 9 Dec: 9 Hex: 0x00000009
SCCP: Destination local reference: 0x50465E <50465E>
RANAP: value RANAP-PDU ::= successfulOutcome :
RANAP: value SecurityModeComplete :
RANAP: protocolIEs
RANAP: id 6,
RANAP: value ChosenIntegrityProtectionAlgorithm :
118
standard-UMTS-integrity-algorithm-UIA1
RANAP: id 5,
RANAP: value ChosenEncryptionAlgorithm : no-encryption
RAW DATA :
0000: C3 05 55 60 95 06 50 46 5E 00 01 11 20 06 00 0D ..U...PF........
0010: 00 00 02 00 06 00 01 00 00 05 40 01 00 00 00 00 ................
0020: C8 0F 60 E2 97 0D 3F F6 00 00 00 24 18 87 66 56 ..............fV
*****************************************************************
Message : RANAP: COMMON ID
----------------------------------------------------------------ATM: Status - O.K
ATM: Station - 0,33
ATM: VPI - 0
ATM: VCI - 33
ATM: AAL Type - 5
ATM/SAR: CRC - 0xE672DD79 <E672DD79>
MTP-3: DPC: 2.176.1 Dec: 5505 Hex: 0x00001581
MTP-3: OPC: 2.160.5 Dec: 5381 Hex: 0x00001505
MTP-3: SLS: 8 Dec: 8 Hex: 0x00000008
119
SCCP: 1101101......... P(S)
SCCP: .......0........ reserve
SCCP: ........1110011. P(R)
SCCP: ...............1 More data
RANAP: value CommonID :
RANAP: protocolIEs
RANAP: id 23,
RANAP: value PermanentNAS-UE-ID : iMSI : ’22126008003075F9’H
RAW DATA :
0000: C3 81 55 41 85 06 C1 3F 8B 00 01 14 00 0F 40 10 ..UA............
0010: 00 00 01 00 17 40 09 50 22 12 60 08 00 30 75 F9 .......P.....0u.
0020: 08 0F DA E7 00 00 00 00 00 00 00 24 E6 72 DD 79 .............r.y
*****************************************************************
Message : GMM: PTMSI Reallocation Command
----------------------------------------------------------------ATM: Status - O.K
ATM: Station - 0,33
ATM: VPI - 0
ATM: VCI - 33
ATM: AAL Type - 5
ATM/SAR: CRC - 0xF7BA2E88 <F7BA2E88>
MTP-3: DPC: 2.176.1 Dec: 5505 Hex: 0x00001581
MTP-3: OPC: 2.160.5 Dec: 5381 Hex: 0x00001505
MTP-3: SLS: 8 Dec: 8 Hex: 0x00000008
120
SCCP: 1101101......... P(S)
SCCP: .......0........ reserve
SCCP: ........1110100. P(R)
SCCP: ...............0 No more data
RANAP: value DirectTransfer :
RANAP: protocolIEs
RANAP: id 16,
RANAP: ,
RANAP: id 59,
RANAP: value SAPI : sapi-0
GMM/SM/CC/MM (UMTS): Message Type: 16 - P-TMSI Reallocation Command <10>
GMM/SM/CC/MM (UMTS): IE Type: Mobile identity
GMM/SM/CC/MM (UMTS): Odd/even indicator: even number of identity digits
<F4>
GMM/SM/CC/MM (UMTS): Type of identity: TMSI/P-TMSI
GMM/SM/CC/MM (UMTS): Identity digits: D8456C06 <D8456C06>
GMM/SM/CC/MM (UMTS): IE Type: Routing area identification
GMM/SM/CC/MM (UMTS): MCC digits: 222 <22F2>
GMM/SM/CC/MM (UMTS): MNC digits: 10 <01>
GMM/SM/CC/MM (UMTS): Location area code: 25001 <61A9>
121
GMM/SM/CC/MM (UMTS): Routing area code: 10 <0A>
GMM/SM/CC/MM (UMTS): IE Type: Force to standby
GMM/SM/CC/MM (UMTS): Standby value: Force to standby not indicated <00>
GMM/SM/CC/MM (UMTS): IE Type: P-TMSI signature <19>
GMM/SM/CC/MM (UMTS): Signature value: 6166946 <5E19A2>
RAW DATA :
0000: C3 81 55 41 85 06 C1 3F 8B 00 01 24 00 14 40 20 ..UA............
0010: 00 00 02 00 10 40 14 13 08 10 05 F4 D8 45 6C 06 .............El.
0020: 22 F2 01 61 A9 0A 00 19 5E 19 A2 00 3B 40 01 00 ...a............
0030: 08 0F DA E8 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 ................
0040: 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 ................
0050: 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 34 F7 BA 2E 88 ...........4....
*****************************************************************
Message : SM: Activate PDP Context Request
----------------------------------------------------------------RANAP: value RANAP-PDU ::= initiatingMessage :
RANAP: protocolIEs
RANAP: id 16,
RANAP: ,
RANAP: id 15,
RANAP: value LAI :
RANAP: id 55,
RANAP: id 58,
RANAP: value SAI :
122
GSM L3: Protocol Discriminator: Session Management Messages for GPRS <0A>
GMM/SM/CC/MM (UMTS): Message Type: 65 - Activate PDP context request <41>
GMM/SM/CC/MM (UMTS): IE Type: Network SAPI
GMM/SM/CC/MM (UMTS): NSAPI value: NSAPI 5 <05>
GMM/SM/CC/MM (UMTS): IE Type: LLC SAPI
GMM/SM/CC/MM (UMTS): SAPI value: SAPI 3 <03>
GMM/SM/CC/MM (UMTS): IE Type: Quality of service
GMM/SM/CC/MM (UMTS): Length: 11 <0B>
GMM/SM/CC/MM (UMTS): Delay class: Subscribed delay class /
Reserved(Network->MS) <00>
GMM/SM/CC/MM (UMTS): Reliability class: Subscribed reliability class /
Reserved
GMM/SM/CC/MM (UMTS): Peak throughput: Subscribed peak throughput /
Reserved <00>
GMM/SM/CC/MM (UMTS): Precedence class: Subscribed precedence / Reserved
GMM/SM/CC/MM (UMTS): Mean throughput: Subscribed mean throughput /
Reserved <00>
GMM/SM/CC/MM (UMTS): Traffic class: Subscribed traffic class /
GMM/SM/CC/MM (UMTS): Delivery order: Subscribed delivery order /
Reserved(Network->MS)
GMM/SM/CC/MM (UMTS): Delivery of erroneous SDU: Subscribed delivery of
erroneous SDU / Reserved(Network->MS)
GMM/SM/CC/MM (UMTS): Maximum SDU size: Subscribed maximum SDU size <00>
GMM/SM/CC/MM (UMTS): Maximum bit rate for uplink: Subscribed bit rate
GMM/SM/CC/MM (UMTS): Maximum bit rate for downlink: Subscribed bit rate
GMM/SM/CC/MM (UMTS): Residual BER: Subscribed SDU error ratio /
Reserved(Network->MS)
GMM/SM/CC/MM (UMTS): SDU Error Ratio: Subscribed SDU error ratio /
GMM/SM/CC/MM (UMTS): Transfer delay: 0
GMM/SM/CC/MM (UMTS): Traffic Handling Priority: Subscribed traffic
priority / Reserved(Network->MS) <00>
GMM/SM/CC/MM (UMTS): Guaranteed bit rate for uplink: Subscribed bit rate
123
GMM/SM/CC/MM (UMTS): Guaranteed bit rate for downlink: Subscribed bit rate
GMM/SM/CC/MM (UMTS): IE Type: Packet data protocol address
GMM/SM/CC/MM (UMTS): PDP type: IETF allocated address <01>
GMM/SM/CC/MM (UMTS): PDP type number: IPv4 address <21>
GMM/SM/CC/MM (UMTS): IE Type: Access point name <28>
GMM/SM/CC/MM (UMTS): Length: 15 <0F>
GMM/SM/CC/MM (UMTS): Access point value: .web.omnitel.it
<03776562076F6D6E6974656C026974>
GMM/SM/CC/MM (UMTS): IE Type: Protocol configuration options <27>
GMM/SM/CC/MM (UMTS): Configuration protocol: PPP for use with IP PDP
type <80>
GMM/SM/CC/MM (UMTS): Protocol ID: CHAP <C223>
GMM/SM/CC/MM (UMTS): Length of protocol ID: 35 <23>
GMM/SM/CC/MM (UMTS): Protocol ID: 58299 <E3BB>
GMM/SM/CC/MM (UMTS): Protocol contents: 4D54535F434841505F53525652C2231
E0201001E108B6B1FFA0E531562396960C0A71ACF2A4F504454303337505C8021100
1000010810600000000830600000000 <4D54535F434841505F53525652C2231E020
1001E108B6B1FFA0E531562396960C0A71ACF2A4F504454303337505C80211001000
010810600000000830600000000>
CHAP: Code = [Challenge] 1 <01>
CHAP: Identifier = 1 <01>
CHAP: Length = 35 <0023>
CHAP: Value Size = 16 <10>
CHAP: Value :
CHAP: Name = ..b.2...N..... <E40B628932ECFA834E0AA9CEE0F0>
RAW DATA :
0000: 00 10 40 80 83 80 81 0A 41 05 03 0B 00 00 00 00 ........A.......
0010: 00 00 00 00 00 00 00 02 01 21 28 0F 03 77 65 62 .............web
0020: 07 6F 6D 6E 69 74 65 6C 02 69 74 27 5B 80 C2 23 .omnitel.it.....
0030: 23 01 01 00 23 10 E4 0B 62 89 32 EC FA 83 4E 0A ........b.2...N.
0040: A9 CE E0 F0 E3 BB 55 4D 54 53 5F 43 48 41 50 5F ......UMTS.CHAP.
0050: 53 52 56 52 C2 23 1E 02 01 00 1E 10 8B 6B 1F FA SRVR.........k..
0060: 0E 53 15 62 39 69 60 C0 A7 1A CF 2A 4F 50 44 54 .S.b9i......OPDT
0070: 30 33 37 50 5C 80 21 10 01 00 00 10 81 06 00 00 037P............
0080: 00 00 83 06 00 00 00 00 00 0F 40 06 00 22 F2 01 ................
124
0090: 61 A9 00 37 40 01 0A 00 3A 40 08 00 22 F2 01 61 a..7...........a
00A0: A9 18 B1 ...
*****************************************************************
Message : GMM: PTMSI Reallocation Complete
----------------------------------------------------------------ATM: Status - O.K
ATM: Station - 0,33
ATM: VPI - 0
ATM: VCI - 33
ATM: AAL Type - 5
ATM/SAR: Length - 60 <003C>
ATM/SAR: CRC - 0xC041A5F5 <C041A5F5>
MTP-3: DPC: 2.160.5 Dec: 5381 Hex: 0x00001505
MTP-3: OPC: 2.176.1 Dec: 5505 Hex: 0x00001581
MTP-3: SLS: 9 Dec: 9 Hex: 0x00000009
RANAP: protocolIEs
RANAP: id 16,
125
RANAP: ,
RANAP: id 15,
RANAP: value LAI :
RANAP: id 55,
RANAP: id 58,
RANAP: value SAI :
GMM/SM/CC/MM (UMTS): Message Type: 17 - P-TMSI Reallocation Complete <11>
RAW DATA :
0000: C3 05 55 60 95 06 50 46 5E 00 01 29 00 14 40 25 ..U...PF........
0010: 00 00 04 00 10 40 03 02 08 11 00 0F 40 06 00 22 ................
0020: F2 01 61 A9 00 37 40 01 0A 00 3A 40 08 00 22 F2 ..a..7..........
0030: 01 61 A9 18 B1 00 00 00 C8 0F 60 E6 00 00 00 00 .a..............
0040: 00 00 00 00 00 FF FF FF FF 00 00 00 00 01 00 3F ................
0050: 01 FF 00 00 B4 1D 10 D6 00 00 00 3C C0 41 A5 F5 .............A..
*****************************************************************
Message : RANAP: RAB ASSIGNMENT REQUEST (Setup-Or-Modify)
----------------------------------------------------------------ATM: Status - O.K
ATM: Station - 0,33
ATM: VPI - 0
ATM: VCI - 33
ATM: AAL Type - 5
126
ATM/SAR: CRC - 0x937B31E4 <937B31E4>
MTP-3: DPC: 2.176.1 Dec: 5505 Hex: 0x00001581
MTP-3: OPC: 2.160.5 Dec: 5381 Hex: 0x00001505
MTP-3: SLS: 8 Dec: 8 Hex: 0x00000008
RANAP: value RAB-AssignmentRequest :
RANAP: protocolIEs
RANAP: id 54,
RANAP: value RAB-SetupOrModifyList :
RANAP: id 53,
RANAP: firstCriticality reject,
RANAP: firstValue RAB-SetupOrModifyItemFirst :
RANAP: rAB-ID ’5’D,
RANAP: rAB-Parameters
RANAP: trafficClass interactive,
RANAP: rAB-AsymmetryIndicator asymmetric-bidirectional,
RANAP: maxBitrate
RANAP: 384000,
RANAP: 64000
RANAP: deliveryOrder delivery-order-not-requested,
RANAP: maxSDU-Size 12000,
127
RANAP: sDU-Parameters
RANAP: residualBitErrorRatio
RANAP: mantissa 1,
RANAP: exponent 5
RANAP: deliveryOfErroneousSDU no-error-detection-consideration
RANAP: trafficHandlingPriority highest,
RANAP: allocationOrRetentionPriority
RANAP: priorityLevel highest,
RANAP: pre-emptionCapability shall-not-trigger-pre-emption,
RANAP: pre-emptionVulnerability pre-emptable,
RANAP: queuingAllowed queueing-not-allowed
RANAP: relocationRequirement none
RANAP: userPlaneInformation
RANAP: userPlaneMode transparent-mode,
RANAP: uP-ModeVersions ’01’D
RANAP: transportLayerInformation
RANAP: transportLayerAddress ’0AC047FD’H,
RANAP: iuTransportAssociation gTP-TEI : ’D92B0000’H
RANAP: service-Handover handover-to-GSM-should-not-be-performed
RANAP: secondCriticality ignore,
RANAP: secondValue RAB-SetupOrModifyItemSecond :
RANAP: pDP-TypeInformation
RANAP: ipv4,
RANAP: ipv4
RANAP: dataVolumeReportingIndication do-not-report
RAW DATA :
0000: C3 81 55 41 85 06 C1 3F 8B 00 01 36 00 00 00 32 ..UA.......6...2
0010: 00 00 01 00 36 40 2B 00 00 01 00 35 00 1F 3C 0A ....6......5....
0020: 34 9E 05 DB FF 40 F9 FF 80 2E E0 00 09 08 29 00 4...............
0030: 00 10 3E 0A C0 47 FD 00 D9 2B 00 00 20 40 03 60 .....G..........
0040: 99 C0 00 00 88 0F DA ED 00 00 00 00 00 00 00 00 ................
0050: 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 48 93 7B 31 E4 ...........H..1.
*****************************************************************
Message : RANAP: RAB ASSIGNMENT RESPONSE
----------------------------------------------------------------ATM: Status - O.K
ATM: Station - 0,33
128
ATM: VPI - 0
ATM: VCI - 33
ATM: AAL Type - 5
ATM/SAR: CRC - 0x962ED69C <962ED69C>
MTP-3: DPC: 2.160.5 Dec: 5381 Hex: 0x00001505
MTP-3: OPC: 2.176.1 Dec: 5505 Hex: 0x00001581
MTP-3: SLS: 9 Dec: 9 Hex: 0x00000009
SCCP: Length Indicator: 30 <1E>
RANAP: value RANAP-PDU ::= outcome :
RANAP: value RAB-AssignmentResponse :
RANAP: protocolIEs
RANAP: id 52,
RANAP: value RAB-SetupOrModifiedList :
RANAP: id 51,
RANAP: value RAB-SetupOrModifiedItem :
RANAP: rAB-ID ’5’D,
RANAP: transportLayerAddress ’0AC04509’H,
RANAP: iuTransportAssociation gTP-TEI : ’00000939’H
RAW DATA :
129
0000: C3 05 55 60 95 06 50 46 5E 00 01 1E 60 00 00 1A ..U...PF........
0010: 00 00 01 00 34 40 13 00 00 01 00 33 40 0C 60 28 ....4......3....
0020: 7C 0A C0 45 09 00 00 00 09 39 00 00 88 0F 60 E7 ...E.....9......
0030: 00 BB 04 38 04 18 01 BB 00 00 00 68 5B 40 6D C2 ...8.......h..m.
0040: 00 00 00 00 00 FF FF FF FF BB BB BB 00 01 00 48 ...............H
0050: 01 BB 04 20 0A 00 00 00 00 00 00 30 96 2E D6 9C ...........0....
*****************************************************************
Message : SM: Activate PDP Context Accept
----------------------------------------------------------------RANAP: value RANAP-PDU ::= initiatingMessage :
RANAP: protocolIEs
RANAP: id 16,
RANAP: ,
RANAP: id 59,
RANAP: value SAPI : sapi-0
GSM L3: Protocol Discriminator: Session Management Messages for GPRS <8A>
GSM L3: TI Flag: The Message is sent to the side that originates the TI
GMM/SM/CC/MM (UMTS): Message Type: 66 - Activate PDP context accept <42>
GMM/SM/CC/MM (UMTS): IE Type: LLC SAPI
GMM/SM/CC/MM (UMTS): SAPI value: SAPI 3 <03>
GMM/SM/CC/MM (UMTS): IE Type: Quality of service
GMM/SM/CC/MM (UMTS): Delay class: Delay class 1 <0B>
GMM/SM/CC/MM (UMTS): Reliability class: Unacknowledged GTP and LLC;
Acknowledged RLC, Protected data
GMM/SM/CC/MM (UMTS): Peak throughput: Up to 32000 octet/s <61>
GMM/SM/CC/MM (UMTS): Precedence class: High priority
GMM/SM/CC/MM (UMTS): Mean throughput: Best effort <1F>
GMM/SM/CC/MM (UMTS): Traffic class: Interactive class <71>
GMM/SM/CC/MM (UMTS): Delivery order: Without delivery order (’no’)
130
GMM/SM/CC/MM (UMTS): Delivery of erroneous SDU: No detect (’-’)
GMM/SM/CC/MM (UMTS): Maximum SDU size: 1500 <96>
GMM/SM/CC/MM (UMTS): Maximum bit rate for uplink: 64 kbps <40>
GMM/SM/CC/MM (UMTS): Maximum bit rate for downlink: 384 kbps <68>
GMM/SM/CC/MM (UMTS): Residual BER: 1*10^-5
GMM/SM/CC/MM (UMTS): SDU Error Ratio: 1*10^-4 <74>
GMM/SM/CC/MM (UMTS): Transfer delay: 0
GMM/SM/CC/MM (UMTS): Traffic Handling Priority: Priority level 1 <01>
GMM/SM/CC/MM (UMTS): Guaranteed bit rate for uplink: Subscribed bit rate
GMM/SM/CC/MM (UMTS): Guaranteed bit rate for downlink: Subscribed bit rate
GMM/SM/CC/MM (UMTS): IE Type: Radio priority
GMM/SM/CC/MM (UMTS): Radio priority value: Priority level 1 <01>
GMM/SM/CC/MM (UMTS): IE Type: Packet data protocol address <2B>
GMM/SM/CC/MM (UMTS): PDP type: IETF allocated address <01>
GMM/SM/CC/MM (UMTS): PDP type number: IPv4 address <21>
GMM/SM/CC/MM (UMTS): Address information: 10.208.227.103 <0AD0E367>
GMM/SM/CC/MM (UMTS): IE Type: Protocol configuration options <27>
GMM/SM/CC/MM (UMTS): Configuration protocol: PPP for use with IP PDP type <80>
GMM/SM/CC/MM (UMTS): Protocol ID: IPCP <8021>
IPCP: Code = Configure-Nak <03>
IPCP: Identifier = 0 <00>
IPCP: Length = 16 <0010>
IPCP: Option Type = 129 Primary DNS Server Address <81>
IPCP: Primery DNS Address: 194.185.97.134 <C2B96186>
IPCP: Option Type = 131 Secondary DNS Server Address <83>
IPCP: Primery DNS Address: 194.185.97.134 <C2B96186>
RAW DATA :
0000: 10 40 2F 2E 8A 42 03 0B 0B 61 1F 71 96 40 68 74 .....B...a.q..ht
0010: 01 00 00 01 2B 06 01 21 0A D0 E3 67 27 14 80 80 ...........g....
0020: 21 10 03 00 00 10 81 06 C2 B9 61 86 83 06 C2 B9 ..........a.....
0030: 61 86 00 3B 40 01 00 a......
*****************************************************************
131
Message : RANAP: IU RELEASE REQUEST
----------------------------------------------------------------ATM: Status - O.K
ATM: Station - 0,33
ATM: VPI - 0
ATM: VCI - 33
ATM: AAL Type - 5
ATM/SAR: CRC - 0xC1C0AE3F <C1C0AE3F>
MTP-3: DPC: 2.160.5 Dec: 5381 Hex: 0x00001505
MTP-3: OPC: 2.176.1 Dec: 5505 Hex: 0x00001581
MTP-3: SLS: 9 Dec: 9 Hex: 0x00000009
SCCP: Length Indicator: 13 <0D>
RANAP: value Iu-ReleaseRequest :
RANAP: protocolIEs
RANAP: id 4,
RANAP: value Cause : radioNetwork : user-inactivity
RAW DATA :
0000: C3 05 55 60 95 06 50 46 5E 00 01 0D 00 0B 40 09 ..U...PF........
0010: 00 00 01 00 04 40 02 03 C0 00 00 00 C8 0F 61 32 ..............a2
132
0020: 7F C0 DD BA 87 4D D3 4B 00 00 00 20 C1 C0 AE 3F .....M.K........
*****************************************************************
Message : RANAP: IU RELEASE COMMAND
----------------------------------------------------------------ATM: Status - O.K
ATM: Station - 0,33
ATM: VPI - 0
ATM: VCI - 33
ATM: AAL Type - 5
ATM/SAR: CRC - 0xB2CA37C2 <B2CA37C2>
MTP-3: DPC: 2.176.1 Dec: 5505 Hex: 0x00001581
MTP-3: OPC: 2.160.5 Dec: 5381 Hex: 0x00001505
MTP-3: SLS: 8 Dec: 8 Hex: 0x00000008
SCCP: Length Indicator: 13 <0D>
RANAP: value Iu-ReleaseCommand :
RANAP: protocolIEs
RANAP: id 4,
RANAP: value Cause : radioNetwork : user-inactivity
133
RAW DATA :
0000: C3 81 55 41 85 06 C1 3F 8B 00 01 0D 00 01 00 09 ..UA............
0010: 00 00 01 00 04 40 02 03 C0 00 00 00 C8 0F DB 46 ...............F
0020: 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 20 B2 CA 37 C2 ..............7.
*****************************************************************
Message : RANAP: IU RELEASE COMPLETE
----------------------------------------------------------------ATM: Status - O.K
ATM: Station - 0,33
ATM: VPI - 0
ATM: VCI - 33
ATM: AAL Type - 5
ATM/SAR: CRC - 0xD2FC8D09 <D2FC8D09>
MTP-3: DPC: 2.160.5 Dec: 5381 Hex: 0x00001505
MTP-3: OPC: 2.176.1 Dec: 5505 Hex: 0x00001581
MTP-3: SLS: 9 Dec: 9 Hex: 0x00000009
RANAP: value RANAP-PDU ::= successfulOutcome :
RANAP: value Iu-ReleaseComplete :
RANAP: protocolIEs
134
RAW DATA :
0000: C3 05 55 60 95 06 50 46 5E 00 01 07 20 01 00 03 ..U...PF........
0010: 00 00 00 00 48 0F 61 37 0A C0 45 3A 3A 98 04 03 ....H.a7..E.....
0020: 17 7F A3 11 7E 09 A0 52 00 00 00 18 D2 FC 8D 09 .......R........
*****************************************************************
Message : SCCP: RLSD Released
----------------------------------------------------------------ATM: Status - O.K
ATM: Station - 0,33
ATM: VPI - 0
ATM: VCI - 33
ATM: AAL Type - 5
ATM/SAR: CRC - 0x9C4AF73F <9C4AF73F>
MTP-3: Service Indicator: (3) SCCP <E3>
MTP-3: DPC: 2.176.1 Dec: 5505 Hex: 0x00001581
MTP-3: OPC: 2.160.5 Dec: 5381 Hex: 0x00001505
MTP-3: SLS: 8 Dec: 8 Hex: 0x00000008
SCCP: Message Type Code: 4 RLSD Released <04>
SCCP: Source local reference: 0x50465E <50465E>
SCCP: Release cause: 0 End user originated <00>
RAW DATA :
0000: E3 81 55 41 85 04 C1 3F 8B 50 46 5E 00 00 00 00 ..UA.....PF.....
0010: 88 0F DB 49 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 ...I............
0020: 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 14 9C 4A F7 3F .............J..
*****************************************************************
Message : SCCP: RLC Release complete
----------------------------------------------------------------ATM: Status - O.K
135
ATM: Station - 0,33
ATM: VPI - 0
ATM: VCI - 33
ATM: AAL Type - 5
ATM/SAR: CRC - 0xB2F08909 <B2F08909>
Q.SAAL: Q.SAAL message PDU type:
Q.SAAL: ERROR:Unknown QSAAL value
MTP-3: DPC: 2.160.5 Dec: 5381 Hex: 0x00001505
MTP-3: OPC: 2.176.1 Dec: 5505 Hex: 0x00001581
MTP-3: SLS: 9 Dec: 9 Hex: 0x00000009
SCCP: Message Type Code: 5 RLC Release Complete <05>
SCCP: Source local reference: 0xC13F8B <C13F8B>
RAW DATA :
0000: C3 05 55 60 95 05 50 46 5E C1 3F 8B 08 0F 61 3B ..U...PF......a.
0010: 40 06 87 B2 AC 2D 02 02 0A C0 45 15 3A 98 04 03 ..........E.....
0020: EF 7B 2C FB 7D F6 31 16 00 00 00 10 B2 F0 89 09 ......1.........
136
Appendice C
Risultati delle prove in condizioni reali
Risultati delle prove di misura (throughput massimo e medio) in codizioni reali rispettivamente della SIM ARP1 (a sinistra) e della SIM ARP2 (sulla destra).
Tutte i valori sono da intendersi in KBps.
throughput max
throughput medio
throughput max
throughput medio
54,2
31,79
49
28.01
53,2
30,84
49,2
28,31
48,8
31,03
46,6
26,3
52,8
25,52
52,4
26,57
49,2
31,03
52
31,59
48,4
26,17
51
25,15
48
24,79
52,8
25,15
56,2
38,96
50,8
27,56
50,6
25,4
48,8
26,99
53,6
25,78
48,6
24,67
49,4
26,43
53,2
27,56
50
32,28
48,4
26,57
49
30,3
53,8
29,27
45
21,5
49,4
27,41
45,6
28,16
52,2
25,15
46,8
29,44
56,4
26,3
49,6
26,71
54
29,44
52,4
28,63
48,8
32,59
48
27,56
47,2
22,93
137
RISULTATI DELLE PROVE IN CONDIZIONI REALI
138
52,8
28,16
46,9
33,43
55,6
27,27
45,6
24,1
49,8
25,65
47,6
24,21
51,2
25,4
51,8
29.61
52,4
28,95
45,8
25,78
51,2
25,15
48,2
26,85
49,2
26,17
50,2
31,03
59,4
28,78
49
29,11
49,6
26,3
48,2
25,91
52
26,43
54,6
29,11
49,6
31,79
46,8
26,04
55,8
24,33
48,2
29,61
49
33
52,1
32,38
44,4
23,55
52,1
30,48
47,4
26,99
49,7
26,71
47,4
33,86
48,9
31,98
47,2
26,3
52,1
32,38
49,4
27,86
51,5
39.86
53,3
35,25
48,4
22,53
53,8
32,79
47,6
30,12
53,5
39,55
46,8
30,66
51,2
26,43
50,1
31,4
48,6
26,04
55
38,1
50,2
29,11
51,5
31,98
46,6
27,86
46,2
30,12
45,2
27,71
49,8
35,73
55,9
37,01
48,9
37,82
49,1
35,49
50,3
34,31
53,3
35,98
50,1
35,25
51,2
34,7
51,8
36,23
53,5
40,16
50
33,21
49,4
35,73
44,6
24,33
51,5
36,49
46,4
29,95
51,8
35,49
46,4
29,79
Risultati delle prove in condizioni reali
139
44
27,41
50,6
33,64
42,4
24,56
55,6
38,38
43,6
25,52
51,5
35,25
45,5
27,56
31,3
5,06
45
32,18
45,6
29,11
44,1
28,47
50,4
31,79
52,2
27,27
43,2
26,3
50,8
28,78
44
28,78
51,2
26,57
41
26,43
29,4
4,45
41,4
24,56
49
26,17
40,4
24,44
140
RISULTATI DELLE PROVE IN CONDIZIONI REALI
Bibliografia
[3GP02a] 3GPP. TS 24.008 - PDP, 2002.
[3GP02b] 3GPP. TS 29.060 - GPRS Tunnelling Protocol (GTP), 2002.
[Cor03] Antonio Corradi. Appunti del Corso di Reti di Calcolatori, 2003.
[ETS97] ETSI. ETS 300 974 T - Mobile Application Part (MAP) specification, 1997.
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Hoepli
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[Nok01a] Nokia. 3G SGSN Mobility and Session Management, 2001.
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[Ven03] Valerio Ventura. Misure di prestazioni nella rete GPRS. PhD thesis, Ingegneria
delle Telecomunicazioni, 2003.
141

Misure di Qualità del Servizio nella rete UMTS

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