Sistema de Evolución de la Arquitectura ( SAE ) es la arquitectura de red central de móvil de grupo protocolo de comunicaciones 3GPP 's LTE estándar de comunicación inalámbrica.
SAE es la evolución de GPRS Core Network , pero con una arquitectura simplificada; una red totalmente IP (AIPN); soporte para redes de acceso por radio (RAN) de mayor rendimiento y menor latencia ; y soporte para, y movilidad entre, múltiples redes de acceso heterogéneas, incluyendo E-UTRA ( interfaz aérea avanzada LTE y LTE ) y sistemas heredados 3GPP (por ejemplo, GERAN o UTRAN , interfaces aéreas de GPRS y UMTS respectivamente), pero también Sistemas 3GPP (por ejemplo, Wi-Fi , WiMAX o CDMA2000 ).
Arquitectura SAE
El SAE tiene una arquitectura plana totalmente IP con separación del tráfico del plano de control y del plano de usuario.
El componente principal de la arquitectura SAE es Evolved Packet Core ( EPC ), también conocido como SAE Core . El EPC servirá como el equivalente de las redes GPRS (a través de los subcomponentes Mobility Management Entity , Serving Gateway y PDN Gateway ).
Núcleo de paquete evolucionado (EPC)
Los subcomponentes del EPC son: [1] [2]
MME (entidad de gestión de la movilidad)
El MME es el nodo de control clave para la red de acceso LTE. Es responsable del procedimiento de búsqueda y etiquetado del equipo de usuario (UE) en modo inactivo , incluidas las retransmisiones. Está involucrado en el proceso de activación / desactivación del portador y también es responsable de elegir la puerta de enlace de servicio para un UE en la conexión inicial y en el momento del traspaso intra-LTE que implica la reubicación del nodo de la red central (CN). Es responsable de autenticar al usuario (interactuando con el servidor de abonado doméstico ). La señalización de Non Access Stratum (NAS) termina en el MME y también es responsable de la generación y asignación de identidades temporales a los UE. Comprueba la autorización del UE para acampar en la Red Móvil Terrestre Pública (PLMN) del proveedor de servicios y hace cumplir las restricciones de itinerancia del UE. El MME es el punto de terminación en la red para la protección de cifrado / integridad para la señalización NAS y se encarga de la gestión de claves de seguridad. El MME también apoya la interceptación legal de la señalización. El MME también proporciona la función de plano de control para la movilidad entre las redes de acceso LTE y 2G / 3G con la interfaz S3 terminando en el MME desde el SGSN . El MME también termina la interfaz S6a hacia el HSS para los UE itinerantes.
SGW (puerta de enlace de servicio)
El Serving Gateway enruta y reenvía los paquetes de datos del usuario, mientras que también actúa como el ancla de movilidad para el plano del usuario durante los traspasos entre eNodeB y como el ancla para la movilidad entre LTE y otras tecnologías 3GPP (terminando la interfaz S4 y retransmitiendo el tráfico entre 2G / 3G sistemas y puerta de enlace de red de paquetes de datos). Para el equipo de usuario en estado inactivo, la puerta de enlace de servicio finaliza la ruta de datos del enlace descendente y activa la búsqueda cuando llegan los datos del enlace descendente para el equipo del usuario. Gestiona y almacena contextos de UE, por ejemplo, parámetros del servicio portador de IP, información de enrutamiento interno de la red. También realiza la replicación del tráfico de usuarios en caso de interceptación legal.
PGW (puerta de enlace de red de paquetes de datos)
La puerta de enlace de red de paquetes de datos (PDN Gateway, también PGW) proporciona conectividad desde el equipo de usuario (UE) a redes externas de paquetes de datos (PDN) al ser su punto de salida y entrada de tráfico. Un equipo de usuario puede tener conectividad simultánea con más de una puerta de enlace de red de paquetes de datos para acceder a múltiples redes de paquetes de datos. El PDN Gateway realiza la aplicación de políticas, el filtrado de paquetes para cada usuario, el soporte de cobro, la interceptación legal y el cribado de paquetes. Otro papel clave del Packet Data Network Gateway es actuar como el ancla para la movilidad entre tecnologías 3GPP y no 3GPP como WiMAX y 3GPP2 (CDMA 1X y EvDO ).
HSS (servidor de abonado doméstico)
El Servidor de Abonado es una base de datos central que contiene información relacionada con el usuario y la relacionada con la suscripción. Las funciones del HSS incluyen la gestión de la movilidad, el apoyo al establecimiento de llamadas y sesiones, la autenticación de usuarios y la autorización de acceso. El HSS se basa en el Registro de ubicación de origen (HLR) y el Centro de autenticación (AuC) anteriores a Rel-4 .
ANDSF (función de selección y descubrimiento de redes de acceso)
La ANDSF proporciona información al UE sobre la conectividad a redes de acceso 3GPP y no 3GPP (como Wi-Fi). El propósito del ANDSF es ayudar al UE a descubrir las redes de acceso en su vecindad y proporcionar reglas (políticas) para priorizar y administrar las conexiones a estas redes.
ePDG (puerta de enlace de paquetes de datos evolucionada)
La función principal del ePDG es asegurar la transmisión de datos con un UE conectado al EPC a través de un acceso que no es 3GPP no confiable, por ejemplo, VoWi-Fi. Para ello, el ePDG actúa como nodo de terminación de los túneles IPsec establecidos con el UE.
Protocolos sin estrato de acceso (NAS)
Los protocolos de estrato sin acceso (NAS) forman el estrato más alto del plano de control entre el equipo de usuario (UE) y el MME. [3] Los protocolos NAS soportan la movilidad del UE y los procedimientos de gestión de sesiones para establecer y mantener la conectividad IP entre el UE y un PDN GW. Definen las reglas para un mapeo entre parámetros durante la movilidad entre sistemas con redes 3G o redes de acceso que no son 3GPP. También brindan seguridad al NAS mediante la protección de la integridad y el cifrado de los mensajes de señalización del NAS. EPS (Evolved Packet System) proporciona al suscriptor una conectividad IP "lista para usar" y una experiencia "siempre activa" mediante la vinculación entre la gestión de movilidad y los procedimientos de gestión de sesiones durante el procedimiento de conexión del UE.
Las transacciones NAS completas consisten en secuencias específicas de procedimientos elementales con protocolos EPS Mobility Management (EMM) y EPS Session Management (ESM).
EMM (Gestión de movilidad EPS)
El protocolo de gestión de movilidad (EMM) de EPS (Evolved Packet System) proporciona procedimientos para el control de la movilidad cuando el equipo de usuario (UE) utiliza la red de acceso de radio terrestre UMTS evolucionada (E-UTRAN). También proporciona control de seguridad para los protocolos NAS.
EMM implica diferentes tipos de procedimientos como:
- Procedimientos comunes de EMM : siempre se pueden iniciar mientras existe una conexión de señalización NAS. Los procedimientos que pertenecen a este tipo son iniciados por la red. Incluyen reasignación de GUTI, autenticación, control del modo de seguridad, identificación e información de EMM.
- Procedimientos específicos de EMM : específicos del UE únicamente. En cualquier momento, solo se puede ejecutar un procedimiento específico de EMM iniciado por UE. Los procedimientos que pertenecen a este tipo son adjuntar y combinar adjuntar, separar o desconectar combinado, actualización del área de seguimiento normal y actualización del área de seguimiento combinada (solo modo S1) y actualización periódica del área de seguimiento (solo modo S1).
- Procedimientos de gestión de conexión de EMM : gestiona la conexión del UE con la red:
- Solicitud de servicio: iniciada por el UE y utilizada para establecer una conexión segura a la red o para solicitar la reserva de recursos para enviar datos, o ambos.
- Procedimiento de búsqueda: iniciado por la red y utilizado para solicitar el establecimiento de una conexión de señalización NAS o para solicitar al UE que vuelva a conectarse si es necesario como resultado de una falla en la red.
- Transporte de mensajes NAS: iniciado por el UE o la red y utilizado para transportar mensajes SMS .
- Transporte genérico de mensajes NAS: iniciado por el UE o la red y utilizado para transportar mensajes de protocolo de otras aplicaciones.
El UE y la red ejecutan el procedimiento de conexión, el procedimiento de activación del contexto de portador de EPS predeterminado en paralelo. Durante el procedimiento de conexión de EPS, la red activa un contexto de portador de EPS predeterminado. Los mensajes de gestión de sesión de EPS para la activación del contexto de portador de EPS por defecto se transmiten en un elemento de información en los mensajes de gestión de movilidad de EPS. El UE y la red completan el procedimiento de activación de contexto de portador de EPS predeterminado combinado y el procedimiento de conexión antes de que se complete el procedimiento de activación de contexto de portador de EPS dedicado. El éxito del procedimiento de vinculación depende del éxito del procedimiento de activación del contexto de portador de EPS predeterminado. Si el procedimiento de conexión falla, los procedimientos de administración de sesiones de ESM también fallan.
ESM (Gestión de sesiones EPS)
El protocolo EPS Session Management (ESM) proporciona procedimientos para el manejo de contextos portadores EPS. Junto con el control de portador proporcionado por el estrato de acceso , proporciona el control de los portadores del plano de usuario. La transmisión de mensajes ESM se suspende durante los procedimientos de EMM, excepto por el procedimiento de conexión.
Portador de EPS: Cada contexto de portador de EPS representa un portador de EPS entre el UE y un PDN. Los contextos de portadores de EPS pueden permanecer activados incluso si los portadores de radio y S1 que constituyen los portadores de EPS correspondientes entre UE y MME se liberan temporalmente. Un contexto de portador de EPS puede ser un contexto de portador predeterminado o un contexto de portador dedicado. Un contexto de portador de EPS predeterminado se activa cuando el UE solicita una conexión a un PDN. El primer contexto de portador de EPS predeterminado se activa durante el procedimiento de conexión de EPS. Además, la red puede activar uno o varios contextos de portadores de EPS dedicados en paralelo.
Generalmente, los procedimientos de ESM se pueden realizar sólo si se ha establecido un contexto de EMM entre el UE y el MME, y el MME ha iniciado el intercambio seguro de mensajes NAS mediante el uso de los procedimientos de EMM. Una vez que el UE está conectado con éxito, el UE puede solicitar al MME que establezca conexiones a PDN adicionales. Para cada conexión adicional, el MME activa un contexto de portador EPS predeterminado separado. Un contexto de portador de EPS predeterminado permanece activado durante la vida útil de la conexión a la PDN.
Tipos de procedimientos de ESM: ESM implica diferentes tipos de procedimientos, tales como:
- Procedimientos de contextos de portador de EPS : iniciados por la red y se utilizan para la manipulación de contextos de portador de EPS, incluida la activación del contexto de portador de EPS predeterminado, la activación del contexto de portador de EPS dedicado, la modificación del contexto de portador de EPS, la desactivación del contexto de portador de EPS.
- Procedimientos relacionados con la transacción : iniciados por el UE para solicitar recursos, es decir, una nueva conexión PDN o recursos portadores dedicados, o para liberar estos recursos. Incluyen procedimiento de conectividad PDN, procedimiento de desconexión de PDN, procedimiento de asignación de recursos de portador, procedimiento de modificación de recursos de portador.
El MME mantiene el contexto de EMM y la información de contexto de portador de EPS para los UE en los estados ECM-IDLE, ECM CONNECTED y EMM-DEREGISATED.
Pila de protocolo EPC
Protocolos MME (Mobility Management Entity)
La pila de protocolos MME consta de:
- Pila S1-MME para admitir la interfaz S1-MME con eNodeB
- Pila S11 para admitir la interfaz S11 con Serving Gateway
MME admite la interfaz S1 con eNodeB. La pila de interfaz S1 MME integrada consta de IP , SCTP , S1AP.
- SCTP (Stream Control Transmission Protocol) es un protocolo de transporte común que utiliza los servicios del Protocolo de Internet (IP) para proporcionar un servicio de entrega de datagramas confiable a los módulos de adaptación, como el S1AP. SCTP proporciona una entrega confiable y secuenciada sobre el marco de IP existente. Las principales características proporcionadas por SCTP son:
- Configuración de asociación : una asociación es una conexión que se configura entre dos puntos finales para la transferencia de datos, de forma muy similar a una conexión TCP. Una asociación SCTP puede tener varias direcciones en cada extremo.
- Entrega de datos confiable : Entrega datos secuenciados en un flujo (Eliminación del bloqueo de cabecera de línea): SCTP asegura la entrega secuenciada de datos con múltiples flujos unidireccionales, sin bloquear los fragmentos de datos en otra dirección.
- S1AP (S1 Application Part) es el servicio de señalización entre E-UTRAN y Evolved Packet Core (EPC) que cumple con las funciones de la interfaz S1, como las funciones de gestión de portadores SAE, función de transferencia de contexto inicial, funciones de movilidad para UE, paginación, funcionalidad de reinicio, Función de transporte de señalización NAS, informe de errores, función de liberación de contexto UE, transferencia de estado.
MME admite la interfaz S11 con Serving Gateway. La pila de interfaz S11 integrada consta de IP , UDP , eGTP-C .
Protocolos SGW (Serving Gateway)
El SGW consta de
- Pila de plano de control S11 para admitir la interfaz S11 con MME
- Pilas de plano de datos y control S5 / S8 para admitir la interfaz S5 / S8 con PGW
- Pila de plano de datos S1 para admitir la interfaz del plano de usuario S1 con eNodeB
- Pila de plano de datos S4 para admitir la interfaz del plano de usuario S4 entre RNC de UMTS y SGW de eNodeB
- Sxa: desde 3GPP Rel.14, la interfaz Sx y el protocolo PFCP asociado se agregaron a la SGW, permitiendo la Separación del Plano de Usuario de Control entre SGW-C y SGW-U.
SGW admite la interfaz S11 con MME y la interfaz S5 / S8 con PGW. La pila del plano de control integrado para estas interfaces consta de IP , UDP , eGTP-C .
SGW admite la interfaz S1-U con eNodeB y la interfaz del plano de datos S5 / S8 con PGW. La pila de plano de datos integrada para estas interfaces consta de IP , UDP , eGTP-U .
Protocolos PGW (Packet Data Network Gateway)
Las principales interfaces compatibles con P-GW son:
- S5 / S8: esta interfaz se define entre S-GW y P-GW. Se llama S5 cuando el S-GW y el P-GW están ubicados en la misma red (escenario sin roaming) y S8 cuando el S-GW está ubicado en la red visitada y el P-GW en la red doméstica (roaming guión). Los protocolos eGTP-C y GTP-U se utilizan en la interfaz S5 / S8.
- Gz: esta interfaz es utilizada por el P-GW para comunicarse con el Offline Charging System (OFCS), principalmente para enviar los Charging Data Records (CDR) de los usuarios de pospago a través de FTP .
- Gy: el P-GW utiliza esta interfaz para comunicarse con el sistema de carga en línea (OCS). El P-GW informa al sistema de carga sobre la carga útil de los usuarios de prepago en tiempo real. El protocolo de diámetro se utiliza en la interfaz Gy.
- Gx: esta interfaz es utilizada por el P-GW para comunicarse con la función de reglas de política y cargo (PCRF) con el fin de manejar las reglas de reglas de política y cargo (PCC). Estas reglas contienen información relacionada con la tarificación, así como parámetros de calidad de servicio (QoS) que se utilizarán en el establecimiento del portador. El protocolo de diámetro se utiliza en la interfaz Gx.
- SGi: esta interfaz se define entre la P-GW y las redes externas, por ejemplo, acceso a Internet, acceso corporativo, etc.
- Sxb: desde 3GPP Rel.14, la interfaz Sx y el protocolo PFCP asociado se agregaron al PGW, permitiendo la Separación del Plano de Usuario de Control entre PGW-C y PGW-U.
Soporte de servicios de voz y SMS
El EPC es una red central de solo paquetes. No tiene un dominio de conmutación de circuitos , que se utiliza tradicionalmente para llamadas telefónicas y SMS .
Soporte para servicios de voz en EPC
3GPP especificó dos soluciones para voz:
- IMS : Seespecificóuna solución para IMS Voice over IP en Rel-7.
- Respaldo por conmutación de circuitos (CSFB) : para realizar o recibir llamadas, el UE cambia su tecnología de acceso por radio de LTE a una tecnología 2G / 3G que admite servicios de conmutación de circuitos. Esta función requiere cobertura 2G / 3G. Se requiere una nueva interfaz (denominada SG) entre el MME y el MSC . Esta característica fue desarrollada en Rel-8.
Soporte para servicios SMS en EPC
3GPP especificó tres soluciones para SMS:
- IMS : Se especificó una solución para SMS sobre IP en Rel-7.
- SMS sobre SG : esta solución requiere la interfaz SG introducida durante el trabajo en CSFB. Los SMS se entregan en el estrato sin acceso a través de LTE. No hay ningún cambio entre sistemas para enviar o recibir SMS. Esta característica se especificó en Rel-8.
- SMS sobre SGd : esta solución requiere la interfaz SGd Diameter en el MME y entrega SMS en el estrato sin acceso a través de LTE, sin requerir la señalización completa ni el MSC heredado que hace CSFB, ni la sobrecarga asociada con la señalización IMS y el portador EPC asociado administración.
CSFB y SMS sobre SG se consideran soluciones provisionales, siendo IMS a largo plazo . [4]
Redes de acceso múltiple
El UE puede conectarse al EPC utilizando varias tecnologías de acceso. Estas tecnologías de acceso están compuestas por:
- Accesos 3GPP : estas tecnologías de acceso son especificadas por el 3GPP . Incluyen GPRS , UMTS , EDGE , HSPA , LTE y LTE Advanced .
- Accesos no 3GPP : estas tecnologías de acceso no están especificadas por 3GPP . Incluyen tecnologías como cdma2000 , WiFi o redes fijas. 3GPP especifica dos clases de tecnologías de acceso que no son 3GPP con diferentes mecanismos de seguridad:
- accesos confiables , que el operador de red considera confiables desde el punto de vista de la seguridad (por ejemplo: una red cdma2000 ). Los accesos confiables que no son 3GPP interactúan directamente con la red.
- accesos no confiables , que el operador de red no considera confiables desde el punto de vista de la seguridad (por ejemplo, una conexión a través de un punto de acceso WiFi público). Los accesos que no son de confianza y no 3GPP se conectan a la red a través de un ePDG, que proporciona mecanismos de seguridad adicionales ( tunelización IPsec ).
Depende del operador de red decidir si una tecnología de acceso que no es 3GPP es confiable o no.
Vale la pena señalar que estas categorías confiables / no confiables no se aplican a los accesos 3GPP.
Lanzamientos de 3GPP
El 3GPP ofrece estándares en versiones paralelas, que componen conjuntos consistentes de especificaciones y características.
Versión [5] | Lanzado [6] | Información [7] |
---|---|---|
Lanzamiento 7 | 2007 Q4 | Estudio de viabilidad sobre la red All-IP (AIPN) |
Lanzamiento 8 | 2008 Q4 | Primera versión de EPC . Especificación SAE: funciones de alto nivel, compatibilidad con LTE y otros accesos 3GPP, compatibilidad con accesos que no son 3GPP, movilidad entre sistemas, continuidad de llamadas de voz de radio única (SRVCC), respaldo de CS. Sistema de alerta de terremotos y tsunamis (ETWS). Apoyo de Inicio Nodo B / Inicio eNodo B . |
Lanzamiento 9 | 2009 Q4 | Plano de control LCS para EPS . Soporte de llamadas de emergencia IMS sobre GPRS y EPS . Mejoras en Inicio Nodo B / Inicio eNodo B . Sistema de alerta pública (PWS). |
Lanzamiento 10 | 2011 Q1 | Mejoras de red para comunicaciones de tipo máquina. Varios mecanismos de descarga ( LIPA , SIPTO , IFOM ). |
Lanzamiento 11 | 2012 Q3 | Mejoras adicionales para las comunicaciones de tipo máquina. Simulación de USSD en IMS. Control de QoS basado en los límites de gasto de los suscriptores. Más mejoras en LIPA y SIPTO. Continuidad de videollamadas de radio única (vSRVCC). Continuidad de llamada de voz de radio única desde UTRAN / GERAN a HSPA / E-UTRAN (rSRVCC). Soporte de interfuncionamiento con accesos al Broadband Forum . |
Lanzamiento 12 | 2015 Q1 | Operación mejorada de celdas pequeñas, agregación de portadora (2 portadoras de enlace ascendente, 3 portadoras de enlace descendente, agregación de portadora FDD / TDD), MIMO (modelado de canal 3D, formación de haz de elevación, MIMO masivo), MTC - UE Cat 0 introducido, comunicación D2D, mejoras de eMBMS. |
Lanzamiento 13 | 2016 Q1 | Se introdujeron LTE-U / LTE-LAA, LTE-M, formación de haz de elevación / MIMO de dimensión completa, posicionamiento en interiores, LTE-M Cat 1.4 MHz y Cat 200 kHz |
Otras lecturas
- Página 3GPP sobre SAE
- 3GPP TS 23.401: Mejoras del servicio general de radio por paquetes (GPRS) para el acceso a la red de acceso de radio terrestre universal evolucionada (E-UTRAN)
- 3GPP TS 23.402: Mejoras en la arquitectura para accesos que no son 3GPP
Ver también
- LTE
- Subsistema multimedia IP
Referencias
- ^ 3GPP TS 23.002: Arquitectura de red
- ^ Libro blanco de LTE
- ^ 3GPP TS 24.301: Protocolo sin estrato de acceso (NAS) para el sistema de paquetes evolucionado (EPS); Etapa 3
- ^ Disipando los mitos de LTE
- ^ Lanzamientos de 3GPP
- ^ Especificaciones 3GPP - Versiones (y fases y etapas)
- ^ Descripciones de la versión 3GPP
- Informe técnico de LTE: "Evolución a largo plazo (LTE): descripción técnica general" (PDF) . Motorola.
- Libro blanco estratégico: "Introducción a Evolved Packet Core" (PDF) . Alcatel-Lucent. Archivado desde el original (PDF) el 26 de mayo de 2012.
- Libro blanco técnico: "Solución Packet Core evolucionada: Innovación en el núcleo LTE" (PDF) . Alcatel-Lucent. Archivado desde el original (PDF) el 26 de mayo de 2012.
- 3GPP TS 32.240: Gestión de telecomunicaciones; Gestión de carga; Arquitectura y principios de carga . portal.3gpp.org.