2. 2
PLAN GENERAL
n Introduction
n Architecture Protocolaire et Interfaces
n Réseau d ’accès radio : UTRAN
u Universal (/UMTS) Terrestrial Radio Access Network
n Réseau cœur : CN (Core Network)
n Evolutions
3. 3
UMTS
n Constat :
u GSM : téléphonie
u GPRS : transfert de données à débit assez faible
u difficulté d’intégrer de nouveaux services/multimédia/QoS
u Atteindre des débits supérieurs : 64kb/s- 144 kb/s - 2 Mb/s
n Caractéristiques essentielles :
u Norme mondiale : IMT-2000 de l ’ITU-T, 3GPP
F Européens + Japonais + Coréens + Chinois
u Couche physique de l ’Interface Air profondément modifiée
u Protocoles du réseau d’accès (UTRAN) redéfinis
u Boîte à outils pour développer de nouveaux services
u « Améliorations » des architectures protocolaires
4. 4
QoS Historique et Motivation
n GSM propose 2 services de transferts de données :
Transparent et non-transparent
n Profils de QoS introduits dans le GPRS rel'97
u classe de fiabilité, classe de délai, classe de débit moyen,
classe de débit crête
n Amélioration des mécanismes de QoS : UMTS/GPRS
rel'99
u plusieurs contextes/@ PDP
n Evolution rapide de l’Internet
u grande variété d’applications
u apparition de la QoS
n Volonté des Opérateurs
u différentiation
u Introduction rapide de nouveaux services
5. •Conversational – ex : speech, video telephony, VoIP
– Real time
– Preserve time relation (variation) between information entities of the stream.
– Conversational pattern (stringent and low delay)
• Streaming – ex : streaming audio and video
– Real time
– Preserve time relation (variation) between information entities of the stream
• Interactive – ex : web browsing
– Best effort
– Request response pattern
– Preserve payload content
• Background – ex : background download of emails, ftp, sms
– Best effort
– Destination is not expecting the data within a certain time
– Preserve payload content
UMTS Traffic Classes
3GPP TS 23.107
6. 6
Paramètres de QoS et Applis
Yes/No
Yes/No/-
< 2048 kbps
<2048 kbps
<=1500 octets
<100 ms
5*10-2…10-6
10-2…10-5
1, 2, 3
Yes/No
Yes/No/-
< 2048 kbps
<2048 kbps
<=1500 octets
<250 ms
5*10-2…10-6
10-1…10-5
1, 2, 3
Yes/No
Yes/No/-
< 2048 kbps
-overhead
<=1500 octets
4*10-3…6*10-8
10-3…10-6
1, 2, 3
1, 2, 3
Yes/No
Yes/No/-
< 2048 kbps
-overhead
<=1500 octets
4*10-3…6*10-8
10-3…10-6
1, 2, 3
Conversational
class
Streaming
class
Interactive
class
Background
class
Precedence class
Delay class
Reliability class
Peak throughput
class
Mean throughput
class
GPRS
rel'97, '98
Delivery order
SDU format
information
Delivery of
erroneous SDUs
Maximum bitrate
Guaranteed bitrate
Maximum SDU size
Transfer delay
Residual BER
SDU error ratio
Allocation/retention
priority
Traffic handling
priority
GPRS/UMTS rel'99, 4, 5
7. 7
VISION IMT2000
IMT-2000
The ITU vision of global wireless access
in the 21st century
Satellite
Macrocell
Microcell
Urban
In-Building
Picocell
Global
Suburban
Basic Terminal
PDA Terminal
Audio/Visual Terminal
8. 8
UMTS - Architecture Générale
Inter-PLMN
Backbone
Network
3G-SGSN
3G-MSC
CS Domain
3G-GGSN
PS Domain
Node B
RNC
RAN
UE
RNC : Radio Network Controller
UE : User Equipment
9. 9
Acronymes
GSM-GPRS
BSC : Base Station Controller
MS : Mobile Station
BTS : Base Transceiver Station
MSC : Mobile-services Switching Center
BSS : Base Station Subsystem
GGSN : Gateway GPRS Support Node
SGSN : Serving GPRS Support Node
Interfaces :
BTS-BSC : Abis
BSC-MSC : A
BSC-BSC : non définie
UMTS
RNC : Radio Network Controller
UE : User Equipment
Node-B
U-MSC : UMTS - MSC
RNS : Radio Network Subsystem
3G-GGSN
3G-SGSN
Interfaces :
NodeB-RNC : Iub
RNC-CN : Iu
RNC-RNC : Iur
10. 10
Modèle architecture de l’UMTS
User
Equipment UTRAN Core
NetworkUu Iu
Cu Uu Iu
USIM Terminal RAN CN Réseau
Extérieur
Strate d’accès radio
Strate de service
Strate personnelle
Strate applicative
11. 11
Caractéristiques couche physique
n Méthode d ’accès CDMA : Code Division Multiple Access
u W-CDMA en FDD : Frequency Division Duplex
F (sens montants et descendants séparés en fréquence)
u TD-CDMA en TDD : Time Division Duplex
F (sens montants et descendants séparés dans le temps)
n Canaux de transport <=> Canaux physiques
CANAUX PHYSIQUES
u Canaux dédiés
u Communs : visibles couches supérieures
u Communs : uniquement couche physique
CANAUX DE TRANSPORT
u Canal de transport dédié : DCH
u Communs (cf. GSM)
12. 12
Fonctionnalités couche physique
n Ajout d’un CRC
n Codage canal
n plusieurs niveaux
u d ’adaptation de débit
u de segmentation
u de concaténation
n multiplexage des canaux de transport
n entrelacement
13. 13
Soft Handover/Macro-diversité
Core Network (CN)
Radio Network
Controler
(RNC)
Iu
Node B
Iub
Node B Node B
Iub Iub
Radio Network
Controler
(RNC)
Iu
Node B
Iub
Node B Node B
Iub Iub
Iur
UTRAN
Unit
Equipment
Unit
Equipment
Unit
Equipment
Unit
Equipment
Uu Uu Uu Uu Uu Uu
Possibilité de soft-handover (FDD) :
Lien entre RNC + interface associée
Serving RNC
Drift RNC
14. 14
Couche 2 de l’UTRAN
n Canaux logiques :
u de trafic (point à point, multipoint DL)
u de contrôle (diffusion, paging, sig dédiée, contrôle partagé)
n MAC
u mise en correspondance : canaux logiques <=> transports
u gère les priorités (sous l ’ordre de RRC)
u collecte mesures volume de trafic + conditions de propag.
u Plusieurs entités MAC
F MAC-b diffusion
F MAC-c/sh : canaux partagés
F MAC-d : canaux dédiés
u MAC-b : situé dans le node-B ; les autres dans le RNC
15. 15
Couche 2 de l’UTRAN
n RLC : Radio Link Control
u segmentation/réassemblage
u concaténation/bourrage
u détection des duplications
u retransmission
u remise en ordre
u cryptage
n 3 modes de fonctionnement
u transparent : segmentation/réassemblage
u non acquitté : + numérotation + détection d ’erreur pas de
reprise
u acquitté : + retransmission sélective (cf. GPRS)
n Situé dans le RNC
16. 16
Couche 2/3 de l’UTRAN
n PDCP : Packet Data Convergence Protocol
u cf. SNDCP du GPRS
u Plan-U
u indépendance couches sup. (pas dans la strate d’accès)
u compression
n RRC : Radio Resource Controller
u pilote les autres couches, Plan-C
u Demande de connexion du mobile
F mise en place tuyau radio (Radio Access Bearer)
F paramétré en fonction de la QoS (débit max, moyen, taux
d’erreur résiduel, taille des paquets …)
F configuration des couches inférieures au vu des infos collectées
F plusieurs niveaux d’activité du mobile
n Situés dans le RNC
17. 17
Architecture de l’UTRAN
Plan de Contrôle
RRC
Plan Utilisateur
PDCP
Contrôle
PDCP
BMC
RLCRLC RLC
Contrôle
Contrôle
RLCRLC
Contrôle
MAC
PHY
Contrôle
Contrôle
RRC : Radio Resource Controller
PDCP Packet Data Convergence
Protocol
BMC Broadcast Multicast Control
Canaux Logiques
Canaux de Transport
18. 18
Interface Uu - Canaux logiques
PHY
MAC
RLC
RRC
PHY
UE Node-B SRNC
MAC
RLC
RRC
Canaux Logiques de données
Canaux de contrôle
PHY
MAC
RLC
PDCP
PHY
UE Node-B SRNC
MAC
RLC
PDCP
19. 19
Modèle générique des interfaces
de l’UTRAN
Tuyau de
données
Application
Couche Physique
Plan Utilisateur
réseau de transport
Plan de Contrôle
du réseau radio
Plan utilisateur
du réseau radio
Couche
Réseau
Radio
Flux de données
Couche
Réseau de
Transport
Tuyau de sig. Tuyau de sig.
Plan de commande
réseau de transport
ALCAP
ALCAP : Access Link Control Application Protocol
Plan Utilisateur
réseau de transport
21. 21
Interface Iu-r
Radio Network
Subsystem Applic.
Part (RNSAP)
Transport
Network
Layer
Physical Layer
Radio Network
Control Plane
Transport Network
Control Plane
ATM
AAL5
User Plane
SSCF-NNI
SSCOP
Q.2630.1
MTP3-B
ALCAP
Radio
Network
Layer
ATM
AAL5
SSCF-NNI
SSCOP
Iur - FPs
ATM
AAL2
SCCP
MTP3-B
Q.2150.1
22. 22
Interface Iu-CS
Radio Access
Network Applic.
Part (RANAP)
Transport
Network
Layer
Physical Layer
Radio Network
Control Plane
Transport Network
Control Plane
ATM
AAL5
User Plane
SSCF-NNI
SSCOP
Q.2630.1
MTP3-B
ALCAP
Radio
Network
Layer
ATM
AAL5
SSCF-NNI
SSCOP
Iu - UP Protocol
Layer
ATM
AAL2
SCCP
MTP3-B
Q.2150.1
23. 23
Interface Iu-PS
Radio Access
Network Applic.
Part (RANAP)
Transport
Network
Layer
Radio Network
Control Plane
Transport Network
Control Plane
ATM
AAL5
User Plane
SSCF-NNI
SSCOP
Radio
Network
Layer
Iu - UP Protocol
Layer
ATM
AAL5
SCCP
MTP3-B
UDP
IP
GTP-U
24. 24
AAL2 dans l’UTRAN
PHY
ATM
AAL2
Iub Frame
Protocols (Iub-FP)
GTP-U
IP
MAC
RLC
PHY
ATM
AAL2
Iub-FP
MAC
PHY
ATM
AAL2
Iur-FP
PHY
AAL2
ATM
Iub/Iur-FP
MAC
RLC
PHY
AAL2
ATM
AAL5
PHY
ATM
MSC SGSN
NodeB + UE Drift RNC Serving RNC
Core Network
Iub
Iub
Iur
Iu-CS
Iu-PS
UTRAN
data
speech
IuFP
25. Architecture Protocolaire de l’AAL2
COMMON PART SUBLAYER
SERVICE SPECIFIC
SEGMENTATION AND REASSEMBLY
SERVICE SPECIFIC
TRANSMISSION ERROR DETECTION
SERVICE SPECIFIC
ASSURED DATA TRANSFER
CPS
SSSAR
SSTED
SSADTSERVICE
SPECIFIC
CONVERGENCE
SUBLAYER
(SSCS)
ITU-T I.366.1
COMMON PART
SUBLAYER
ITU-T I.363.2
AAL2 = CPS + SSCS (éventuellement vide)
26. Start Field
PAD Field
CPS-PacketCPS-Packet CPS-Packet CPS-Packet CPS-Packet CPS-Packet
CPS-PDU
CPS-PDU
CPS-PDU
CPS-PDU
CPS-PDU
ATM-SDU
Cell
Header
ATM-PDU = Cell
Exemple de Multiplexage et de Segmentation
AAL2
27. 27
Positionnement de l’AAL2
Medium Access
Control (MAC)
Layer
Radio Link Control
(RLC) Layer
Radio Physical
Layer
Transport
Channels
Logical
Channels
Transport Channel
Frame Protocols
AAL2
AAL2
SAP SAP SAP SAP
Transport Channel Transport Channel
Frame Protocol
SAP
ATM
SAP
Frame Protocol
SAP
Air Interface
UTRAN
28. 28
Plan U (vision globale)
L3CE
RLC
MAC
WCDMA/
TD-CDMA
Relay
MAC
WCDMA/
TD-CDMA
GTP
L1 L1
L2
RLC
GTP GTP
UDP
IP
L2
L1
GTP
UDP
IP
L2
L1
MS RAN 3G Serving Node 3G
Gateway
Node
Uu
GnIu
L2
IP
UDP UDP
IP
L3CE
paquet :
PDCP PDCP
RAN protocols (Access Stratum, AS)
RLC
MAC
WCDMA/
TD-CDMA
Relay
MAC
WCDMA/
TD-CDMA L1 L1
ATM
RLC
AAL2
MS RAN MSC
Gateway
Node
Uu Iu
ATM
AAL2
circuit :
RAN protocols (Access Stratum, AS)
29. 29
Réseau de données
(Internet)
Node B
RNC
3G-GGSN
3G-SGSN
Gn
IP
Firewall
Gn
Domaine PS
Iu
Inter-PLMN
Backbone
Network
Mécanimes
externes de QoS
DiffServ.
Différents types de canaux
(dédiés/communs)
Connexions
AAL2
3GPP R99/R4 QoS normalisée
30. 30
WCDMA/VoIP
Mobile
EDGE/VoIP
Mobile
UMTS Release 1999
UMTS Release 4/5
Packet side (GPRS)
GGSN
SCPHLR
GMSC
3G-SGSN
Iu
MSC/VLR
WCDMA UTRAN
BS
BS
BS
BS
RNC
RNC
Iur
Iub
(optional)
Circuit side PSTN
Internet
WCDMA Mobile
NEW !
EDGE (GSM) BSS
BS
BS
BS
BS
BSC
BSC
Abis
WCDMA UTRAN
BS
BS
BS
BS
RNC
RNC
Iur
Iub
GGSN
SCP
HLR
3G-SGSNIu
CSCFCSCF
MGCFMGCF
SGWSGW
MGWMGW
PSTN
Internet
Multimedia Service
Control (IPTelephony)
Packet Core (GPRS) with real time
services
NEW !NEW !
IP transport
option for SS7
GMSCMSC/VLR
Circuit Core
(optional)
UMTS Release'99 and Release 4/5UMTS Release'99 and Release 4/5
31. 31
Migration de la SIG vers
Internet - Interface Iu-r
SSCF-NNI
SSCOP
MTP3-B
AAL5
IP
SCTP
SCCP
AAL5
SSCF-NNI
STC (Q.2150.1)
RNSAP Iur Data
Stream(s)
Transport
Network
Layer
Physical Layer
Transport
User
Network
Plane
Control Plane User Plane
Transport
User
Network
Plane
Transport Network
Control Plane
Radio
Network
Layer
ATM
ALCAP(Q.2630.1)
AAL2
SSCF-NNI
SSCOP
MTP3-B
IP
SCTPSSCF-NNI
M3UA M3UA
