REDES SEM FIOS
Prof. Amine Berqia
Email : [email protected]
Web : http://w3.ualg.pt/~bamine
Componentes das redes de móvel
&
as redes sem fios
UIM
MT
RAN
CN
UIM : User Identity Module MT : Mobile Terminal
RAN : Radio Access Network CN : Core Network
CN
Interface UIM-MT
UIM-MT ’’Interface ’’ situa-se entre
o cartão SIM e o terminal móvel que
pode corresponder a diferentes tipos
de redes: GSM, GPRS, UMTS,
IEEE802.11
UIM
MT
Interface MT-RAN
Interface MT-RAN
ligar o terminal móvel
à antena e define
como o terminal acede
à antena e
reciprocamente.
MT
RAN
Interface RAN-CN
Interface RAN-CR referese à transmissão da antena
ao primeiro comutador
da rede.
RAN
CN
Interface CN-CN
Interface CN- CN define a
tecnologia rede utilizada
para encaminhar as
informações.
CN
CN
Redes De Móvel
&
Redes Sem Fios
RDM
Um utilizador é definido
como utilizador móvel se o
mesmo é capaz de
comunicar fora da sua rede
de assinatura conservando
ao mesmo tempo o mesmo
endereço.
RSF
Um sistema chama-se sem
fios se o mesmo propõe um
serviço de comunicação
totalmente independente das
tomadas murais.
Exemplos de Redes Móveis
e/ou Sem fios
Sistema
Sem Fios
Movel
GSM


UMTS


TCP/IP
x
x
IP Mobile
x

ATM
x
x
DECT

x
Os Sistemas Celulares

GSM : Global System for Mobile communications

GPRS : General Packet Radio Service

EDGE : Enhanced Data for GSM Evolution

UMTS : Universal Mobile Telecommunications
System
GSM

1979: reserva da banda do 900 MHz para as
comunicaçoes móveis na Europa por IUT
 1980: criação de grupo de trabalho GSM (Groupe
Spécial Mobile)
 1992: comercialização real dos primeiros sistemas
GSM
Desde o GSM deixou a sua sigla francesa para a de
Global System for Mobile communications e suplantou
os sistemas analógicos.
Arquitectura Geral
BSS : Base Station Subsystem

MS (Mobile Station) : parte visível do sistema rádio móvel e
miniaturisés cada vez mais.

BTS (Base Transceiver Station) : estações básicas, pontos de
acesso a rede GSM. Os BTS materializa-se sob a forma de
antenas sobre os tectos dos edifícios na cidade ou sobre o
bordo da estrada.

BSC (Base Station Controller) : controlador BTS, um BSC
gere os canais rádios e BTS aplica as decisões tomadas pelos
BSC como o controlo de admissão das chamadas e a gestão dos
handovers.
NSS : Network SubSystem

MSC (Mobile-services Switching Center) : O MSC é um
comutador numérico em modo circuito, que gere todas as
comunicações com os móvel sob a sua cobertura.

HLR (Home Location Register) : base de dados de localização
nominal na qual são armazenadas todas as informações relativas aos
assinantes de uma rede móvel.
 VLR
(Visitor Location Register) : base de dados de localização
Local na qual são armazenadas todas as informações relativas aos
utilizadores de uma região específica.
Interface rádio:
Subsídio de frequência:
- banda 890-915 Mhz para a direcção ascendente (MT
para BTS)
-banda 935-960 Mhz para a direcção descendente (BTS
para MT)
Métodos de acesso:
FDMA, TDMA, CDMA, F-TDMA…..
FDMA
O FDMA é o método de acesso
Frequência
múltiplo mais utilizado. Esta
técnica é mais antiga,
e permite diferenciar os
utilizadores por simples uma
diferenciação frequencial.
Com efeito, para ouvir o
utilizador N, o receptor considera
apenas a frequência
fN associado. A aplicação desta
tecnologia é bastante simples.
Ocupado pelo utilizador 2
Livre
Ocupado pelo utilizador 1
C
B
A
Tempo
Frequency Division Multiple Access
TDMA
Ocupado pelo utilizador 2
O TDMA é um método de acesso
Livre
que baseia-se na distribuição de
Frequência
Ocupado pelo utilizador 1
recursos
1, 2, 3,4 Slots
no tempo.
Cada utilizador emite ou transmite
num intervalo de tempos concreto
cuja periodicidade
é definida pela duração da trama.
Neste caso, para ouvir o
utilizador N,
o receptor tem apenas a considerar o
Tempo
intervalo de tempos N associado à
1 2 3 4 1 2 3 4
este utilizador.
Time Division Multiple Access
F-TDMA
Frequência
Ocupado pelo utilizador 2
C
B
Livre
Ocupado pelo utilizador 1
1, 2, 3,4
A
Tempo
1 2 3 4 1 2 3 4
Frequency Time Division Multiple Access
Slots
CDMA
O CDMA é baseado na distribuição
por códigos. Com efeito, cada
utilizador é diferenciado
do resto dos utilizadores por um
código N que lhe foi atribuído no
início da sua
comunicação e que é ortogonal ao
resto de códigos ligados à outros
utilizadores.
Neste caso, para ouvir o utilizador
N, o receptor tem apenas a
multiplicar o sinal
recebido pelo código N associado
à este utilizador.
Ocupado pelo utilizador 2
Codigo
Livre
Ocupado pelo utilizador 1
Tempo
Frequência
Code Division Multiple Access
Allocação de recursos



Conjunto dos recursos disponíveis = bandwith;
Divisão da bandwith em vários conjunto de canais;
Multiplexing de várias comunicações sobre a mesma
bandwith à ajuda dos métodos de acesso;
 Vários esquemas de subsídios de recursos:
FCA, DCA, HCA.
FCA
FCA : Fixed Channel Assignment
+ simples e rápido;
+ atribuição fixa de recursos todas as às estações
básicas;
-- não permite de gerir a variação brutal e
instantânea do tráfego.
DCA
DCA : Dynamic Channel Assignment
+ concentração dos recursos num grupo comum;
+ aumentar a capacidade do sistema;
-- requer uma importante carga de sinalização.
HCA
HCA : HybridChannel Assignment
+ mistura de FCA e de DCA;
-- mistura dos inconvenientes;
Handover

Permite de passar de uma célula ao outro sem corte de
comunicação;

É um mecanismo revolucionário responsável do
sucesso da telefonia móvel.
Tecnologias 2,5G
HSCSD
GPRS
EDGE
Web site Ericsson
HSCSD e GPRS


HSCSD - High Speed Circuit Switched Data
GPRS - General Packet Radio Service
Estas novas tecnologias oferecem soluções para aumentar
as taxas de dados com relação às redes GSM existentes.
As operadoras de rede querem promover serviços de
dados para aumentar as receitas.
HSCSD

O HSCSD é uma tecnologia de comutação de circuitos

Um canal físico é atribuído por toda a duração da chamada
 A conexão
do canal físico é mantida mesmo se não houver
dados sendo transferidos
GPRS

O GPRS é uma tecnologia de comutação de pacotes

É muito diferente das arquiteturas de redes celulares atuais

Somente é atribuído um canal físico quando for necessário
transmitir ou receber dados

Os canais físicos podem ser compartilhados entre diferentes
usuários móveis
Comutação de circuitos vs pacotes

Circuitos

Pacotes
•Cada canal físico é atribuído
•Cada canal físico é compartilhado
•Adequado a..
•Adequado a..
Aplicações em que o
Web browsing
tempo é crítico
E-mail
p.ex. videofone
Valores de ações, etc
•Complementa..
PSTN e ISDN
•Cobrado por …
O minuto
•. Complementa..
TCP/IP, X25
•Cobrado por ..
O BIT (e QoS)
HSCSD e GPRS vs GSM
Multislot
As unidades móveis HSCSD
e GPRS podem
transmitir e receber em
diversos timeslots
GSM por quadro.
Unico timeslot
As unidades móveis GSM
convencionais usam
umúnico timeslot no uplink e
no downlink para transportar
um canal de tráfego (TCH).
GSM + GPRS
Other nets
Como promover uma rede
da GSM a GPRS?
1.
For the BSS
software upgrade
hardware upgrade
2.
New GPRS support nodes (SGSN –
GGSN)
PSTN
GGSN
MSC
BSC
GSM
BTS
SGSN
PCU
GSM
BTS
Esquemas de Coding de GPRS (1)
Coding
Scheme


GPRS using same
physical RF layer as
GSM speech
Data is coded into
normal bursts (456 bits
/ 20ms)
Higher data rates per
timeslot achieved by
removing error
protection
CS-1
CS-2
CS-3
CS-4
Punctured
bits
Data
Rate
(kbps)
Multiple
Slot
Max.
Data
Rate
(kbps)
456
0
9,05
72,4
588
132
13,4
107,2
676
220
15,6
124,8
456
0
21,4
171,2
Max. Per TS Data rate (kbps)
KBits per Second

Coded
bits
25
20
15
10
5
0
CS-1
CS-2
CS-3
CS-4
Timeslot sharing
A Voice call require the GPRS TS
BCCH TCH TCH TCH TCH GPRS GPRS GPRS
User rate at
CS2 = 40.2 kbps
BTS
Timeslot sharing
A Voice call takes the GPRS TS
BCCH TCH TCH TCH TCH TCH GPRS GPRS
User rate at
CS2 = 26.8
40.2 kbps
BTS
EDGE

EDGE = Enhanced Data rates for GSM Evolution

EDGE é uma extensão do HSCSD e GPRS

EDGE define um novo formato de modulação (8PSK) que
permite que serviço como o HSCSD e GPRS sejam mais rápidos
Classes do EDGE
BTS
MS
Downlink
Uplink
Classe
Downlink
Uplink
A
8PSK
GMSK
B
8PSK
8PSK
Esquemas de Coding da EDGE
Impacto da EDGE em redes
existentes de GSM/GPRS

Hardware upgrade to the BSS (new transceiver in
each cell)
 Software upgrade to the BS and BSC
 No change in the core networks
 New terminals
- Terminal which provides 8PSK in the
uplink and the downlink
- Terminal which provides GMSK in the
uplink and 8PSK in the downlink
GSM + GPRS + EDGE
PSTN
Abis
BTS
BSC
Abis
A
NEW
A
Gb
D
MSC
HLR
NEW
NEW
Gs
NEW
BTS
NEW
Gn
Gc
NEW
SGSN NEW
NEW
NEW
Gn NEW
Gi
GGSN
NEW
NEW
PDN
Tecnologias 3G
UMTS : Universal Mo Mobile Telecommunications Service
IMT 2000 : International Mobile Telecommunication system
CDMA 2000 : Code Division Multiple Access
W-CDMA : Wideband-Code Division Multiple Access
UMTS

Circuito e Pacote,

Voice : 144kb/s

low-rate data : 384kb/s,

high-rate data : 2Mb/s.
As classes de serviços do
UMTS (1)
Classe A (conversational): serviços bidirectivos implicando 2
interlocutores (ou um grupo de pessoa), como a telefonia,
visiophonie ou os jogos interactivos...;
Telefonia
Visiophonie …
As classes de serviços do
UMTS (2)
Classe B (streaming) : serviços implicando um utilizador
e um servidor de dados, como vídeo ao pedido e
aplicações de transferência de imagens
Imagens, Vidéo
…
As classes de serviços do
UMTS (3)
Classe C (interactivo): serviços nos quais o utilizador mantem
um diálogo interactivo com um servidor de aplicações ou de
dados, como navegação sobre Internet, transferência de ficheiros
por ftp...
Request
Response
As classes de serviços do
UMTS (4)
Classes D (background): parentes da classe C à diferença que
as informações transmitidas são de prioridades inferiores,
como a transferência de telefax ou o serviço de mensagens de
tipo SMS...
Dados
Dados
Frequências da 3G
Para os sistemas terrestres (230 MHz) :
1885 – 2025 MHz para a primeira banda
2110 – 2200 MHz para a segunda
Para os sistemas MSS (Mobile Satellite Service) (150MHz) :
1980 – 2100 MHz
2170-2200 MHz
Rede UMTS
CN
BRAN
SRAN
UTRAN
AN
CN :Core Network, AN : Access Network, BRAN : Broadband Radio
Access Network, SRAN : Satellite RAN, UTRAN : UMTS Terrestrial
RAN
CN : noção de domínio
AuC
GMSC
VLR
MSC
CS domain
HLR
GGSN
EIR
SGSN
PS domain
Rede de acesso UTRAN
CS
lub RNC
Node B Node B
MH
Core Network
PS
RNC
RNC
Node B Node B
Node B Node B
Rede de acesso
RNC : Radio Network Controller, MH : Mobile Host