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Evolutions du réseau GPRS
dans le contexte de l'accès
3G/3G+
Evolutions du réseau GPRS dans le contexte de l'accès
3G/3G+
1 - Le réseau GPRS dans le contexte 3G
2 - Contexte PDP
3 - Evolution du domaine paquet mobile vers une architecture plate
4 - Etablissement de contexte PDP primaire
5 - Routage et transfert de données
6 - Etablissement de contexte PDP secondaire par le réseau
7 - Réactivation du RAB (Radio Access Bearer) pour l’émission de
paquets IP
8 - Réactivation du RAB pour la réception de paquets IP
 Les Différentes générations de réseaux mobiles en Europe en 2004
• 1 G : FDMA
• 2 G : FD-TDMA
EVOLUTION
 Commutation de circuit : GSM (9.6 Kbits/s)
HSCSD (57.6 kbits/s)
 Commutation de paquet : GPRS (160 kbits/s)
 Commutation de circuit + paquet : EDGE (384 kbits/s)
UMTS (2Mbits/s)
1 - Le réseau GPRS dans le contexte 3G
HSCSD (HIGH SPEED CIRCUIT SWITCHED DATA)
PRINCIPE : MOINS DE PROTECTION CONTRE LES ERREURS
AVANTAGE :
UTILISATION DE L ’INFRASTRUCTURE GSM EXISTANTE
INCONVENIENT :
COMMUTATION DE CIRCUIT POUR LA TRANSMISSION DE
DONNEES
1 - Le réseau GPRS dans le contexte 3G
EDGE
ENHANCED DATA RATE FOR GSM EVOLUTION
PRINCIPE :
 MODULATION DIFFERENTE DU GSM / GPRS (8 psk) 3 Bits
TRANSMIS A CHAQUE MOUVEMENT D ’HORLOGE
 MULTIPLICATION PAR 3 DU DEBIT
AVANTAGE :
MODE CIRCUIT + MODE PAQUET UTILISES
INCONVENIENT :
NECESSITE UN CHANGEMENT OU UN AJOUT D ’EQUIPEMENT
1 - Le réseau GPRS dans le contexte 3G
SITUATION DES RESEAUX MOBILES AU NIVEAU MONDIAL
Chiffres en 2001:
 GSM : 564 Millions de clients
 CDMA IS - 95 : 100 Millions de clients (continent américain et Asie)
 TDMA IS - 136 (Digital-AMPS) : 81 millions de clients (Etats-Unis)
 TDMA PDC (Personal Digital Cellular) /PHS (Personal Handyphone
System) : 55 millions de clients (Japon)
1 - Le réseau GPRS dans le contexte 3G
 Modulations différentes
 Méthodes d ’accès différentes
 Bandes de fréquence différentes
• GSM 900/1800 (MHz)
• IS 95 800/1900
• IS 136 800/1900
• PDC 800/1400
 Gestion du client différent
• Carte SIM (GSM)
• Infos clients dans le mobile (Amérique du Nord)
INCOMPATIBILITE DES RESEAUX MOBILES EXISTANTS
1 - Le réseau GPRS dans le contexte 3G
QU ’EST CE QUE L ’UMTS
 Universal Mobile Télécommunication System
 Système de 3ème génération
• Couverture globale
• Roaming global
• Débits importants
• Support d ’application multimédia
• Terrestre / Satellite (Mss) : Mobile Satellite Service
1 - Le réseau GPRS dans le contexte 3G
LES PRINCIPES DE L ’UMTS
 Normalisation internationale
• Différents standards prévus dans l ’UMTS (compromis)
 Bandes de fréquences communes
 Support pour données haut débit
• 2 Mbit/s en environnement fixe
• 384 kbit/s (mobilité réduite)
• 144 kbit/s (mobilité forte)
 Héritage du GSM (principe du réseau existant)
 Compatibilité avec systèmes de deuxième génération
1 - Le réseau GPRS dans le contexte 3G
UNE NORMALISATION INTERNATIONALE
 Concept d ’IMT 2000
Objectif : Fédérer les propositions des différents organismes de normalisation
 Principaux organismes de normalisation:
• Un organisme fédérateur : ITU (International Télécommunication Union)
• Europe : ETSI (European Telecommunication Standard Institute)
• Japon : ARIB (Association of Radio Industries and Businesses)
• Etats Unis : TIA (Telecommunications Industry Association)
• Corée : TTA (Telecommunication Technology Association)
1 - Le réseau GPRS dans le contexte 3G
LES DATES « CLE »
1992 Réservation par l ’ITU à l ’IMT 2000 de 2 bandes de
fréquences (230 MHz + 150 MHz)
1998 16 propositions reçues pour l ’interface air
Technologie CDMA majoritaire
1999 2 familles de technologie retenues en CDMA
Création de 2 regroupements de constructeurs et
opérateurs
1 - Le réseau GPRS dans le contexte 3G
3 GPP (3rd Generation Partnership Project)
• Héritage du concept du GSM (Groupe Spécial Mobile)
pour le réseau mobile GSM
• UMTS
• Rapprochement ETSI/ARIB/T1
3 GPP2
• Créé afin de garantir une pérennité des systèmes IS 95
• CDMA 2000
• Etats Unis/Corée/Japon/Chine
1 - Le réseau GPRS dans le contexte 3G
1999 Premières spécifications techniques
2000 Début des attributions des licences UMTS en Europe
(Espagne)
Recommandations UMTS release 99 publiées (UMTS phase 1)
Réservation de 3 bandes de fréquences complémentaires
(largeur de160 MHz) : 900, 1800, 2600 MHz
2001 UMTS release 4
2002 UMTS Release 5
2004 Ouverture commerciale 1er réseau UMTS en France
2013 Ouverture commerciale 1er réseau UMTS au Burkina Faso
1 - Le réseau GPRS dans le contexte 3G
Bandes de fréquences communes
 Bandes prévues par l ’ITU
•1885 - 2025 MHz
•2110-2200 MHz
1 - Le réseau GPRS dans le contexte 3G
UN SYSTEME ETABLI PAR DES CONSTRUCTEURS
 Différent du GSM
 Principaux acteurs :
• Constructeurs :
ERICSSON
NOKIA
NORTEL
ALCATEL
SIEMENS sur TDD
• Opérateurs :
VODAFONE
NTT Do Co Mo
1 - Le réseau GPRS dans le contexte 3G
QUELS SERVICES ?
 Téléphonie
 Services d ’information
 Accès intra/extranet mobile
 Messagerie multimédia
 Services de localisation
 Accès internet mobile
1 - Le réseau GPRS dans le contexte 3G
Services Point à point
Symétriques :
• Téléphonie
• Conférence téléphonique
• Vidéo conférence
Asymétriques :
• Email
• Télécopie
• Accès données (journal, vidéo, shopping,…)
• Service médical à distance (imagerie)
• Accès internet
1 - Le réseau GPRS dans le contexte 3G
Services Multipoint
• Radio mobile
• TV mobile
• Services de diffusion d’information (métro,
trafic, sport,….) ou de musiques
1 - Le réseau GPRS dans le contexte 3G
 UMTS (Universal Mobile Telecommunications System) introduit une
nouvelle interface radio appelée UTRAN (UMTS Terrestrial Radio
Access Network).
 UTRAN va permettre aux usagers UMTS de disposer de débits
suffisants pour établir des sessions de données et ainsi accéder à
des services IP.
 Le sous-système radio UTRAN se compose de deux éléments
distincts, à savoir le noeud B (node B) et le contrôleur de réseau
radio (RNC, Radio Network Controller).
1 - Le réseau GPRS dans le contexte 3G
 Le nodeB équivaut à la BTS du réseau GSM. Le RNC équivaut à la
BSC du réseau GSM. Le RNC possède et contrôle les ressources
radio des nodes B auquel il est connecté.
 Le NodeB s’interface au RNC par ATM ou par Ethernet (de nos
jours).
 Le RNC s’interface avec le 3G-SGSN en utilisant une connectivité
GigabitEthernet (GE).
1 - Le réseau GPRS dans le contexte 3G
L’entité 3G SGSN (Serving GPRS Support Node) s'occupe dans
son aire de service :
 des transmissions de données entre les mobiles et le réseau
mobile. Ses tâches incluent la gestion de la mobilité
(attach/detach/mise à jour de routing area), la gestion de
session (établissement/libération de contexte PDP), le
routage et le transfert de paquets.
1 - Le réseau GPRS dans le contexte 3G
 L’entité GGSN (Gateway GPRS Support Node) joue le rôle d’interface
à des réseaux de données externes (e.g., réseaux IPv4 et IPv6).
 Elle décapsule des paquets IP arrivant sur un contexte PDP en
provenance du SGSN et les envoie au réseau IP externe
correspondant.
 Le GGSN permet aussi d’acheminer les paquets IP provenant des
réseaux IP externes vers le SGSN du destinataire sur un tunnel.
 La technologie W-CDMA utilisée par UMTS (3G) permet des débits
montant et descendant au-delà de 384 kbit/s depuis le mobile.
1 - Le réseau GPRS dans le contexte 3G
 Le débit descendant W-CDMA peut être amélioré par la
technologie radio HSDPA (High Speed Downlink Packet
Access) qui permet des débits descendants jusqu’à 63 Mbit/s
(Utilisation de trois fréquences).
 Cela requiert une mise à jour logicielle des nodeB et RNC, et un
nouveau terminal mobile supportant cette technologie.
 En pratique HSDPA offre 5 Mbit/s au client mobile pour ses
débits descendants.
1 - Le réseau GPRS dans le contexte 3G
 Le débit montant W-CDMA peut être amélioré par la
technologie radio HSUPA (High Speed Uplink Packet Access)
qui permet des débits montants jusqu ’à 5,75 Mbit/s.
 Cela requiert une mise à jour logicielle des nodeB et RNC, et
un nouveau terminal mobile supportant cette technologie.
 En pratique HSUPA offre 1 Mbit/s au client mobile pour ses
débits montants.
1 - Le réseau GPRS dans le contexte 3G
L ’entité PCRF (Policy and Charging Rules Function) permet
à la fonction PCEF (Policy and Charging Enforcement
Function) généralement incluse dans le GGSN. Cette
fonction permet:
 De configurer les règles PCC (Policy and Charging
Control) afin d’identifier les flux circulant sur le contexte
PDP,
 de bloquer ou d ’autoriser les flux, d ’affecter une QoS
par flux, et de taxer chaque flux individuellement selon
des règles précédemment configurées.
1 - Le réseau GPRS dans le contexte 3G
 L'entité PCEF dispose d'une interface de taxation avec l'OCS (l'Online
Charging System) pour la taxation online des flux de services IP
consommés par l'usager.
 L'entité PCEF dispose d'une interface avec l'OFCS (Offline Charging
System) pour la taxation offline des flux de services IP de l'usager.
Le PCEF obtient des crédits de l'OCS et soumet des tickets de taxation
à l'OFCS.
 Il est à noter que l'entité PCEF peut être indépendante du GGSN et
dans ce cas se retrouve derrière le GGSN à l'interface des réseaux
externes IP.
1 - Le réseau GPRS dans le contexte 3G
R
N
C
R
N
C
GbE
UE
UE
NodeB
UTRAN
ATM
/IP
Réseau
IP
SGSN
GGSN
PCEF
PCRF
OFCS
Gx
Gz
Gy
SS7/SIGTRAN
Internet
Intranet
Domaine PS
HLR
Frame
Relay
BSC
BTS
BTS
BTS
BSS
PCU
OCS
PCRF : Policy and Charging Rules
Function
PCEF : Policy and Charging
Enforcement Function
OCS : Online Charging System
OFCS : Offline Charging System
Figure : Architectures 3G et
3G
Iu Ps
Iu Cs
Gb
Evolutions du réseau GPRS dans le contexte de
l'accès 3G/3G+
1 - Le réseau GPRS dans le contexte 3G
2 - Contexte PDP
3 - Evolution du domaine paquet mobile vers une architecture
plate
4 - Etablissement de contexte PDP primaire
5 - Routage et transfert de données
6 - Etablissement de contexte PDP secondaire par le réseau
7 - Réactivation du RAB (Radio Access Bearer) pour l’émission de
paquets IP
8 - Réactivation du RAB pour la réception de paquets IP
2 - Contexte PDP
 Un contexte PDP est un ensemble d'informations qui
caractérise un service de transmission de base.
 Il regroupe des paramètres qui permettent à un abonné
de communiquer:
 avec une adresse PDP définie (c’est – à – dire: adresse IPv4
ou adresse IPv6),
 en fonction d'un APN (Access Point Name) selon un
protocole spécifique (IP4 ou IPv6),
 suivant un profil de Qualité de service déterminé (débit,
délai, priorité...).
 La procédure "PDP Context Activation", déclenchée à l'initiative
de l'abonné mobile, permet au terminal d'être connu de la
passerelle GGSN.
 Le GGSN réalise l'interconnexion avec le réseau externe (réseau
IPv4 ou réseau IPv6) demandé par l'abonné.
 La transmission de données entre le réseau UMTS et le réseau
externe peut alors débuter.
 La procédure inverse de "PDP Context Activation" est la
procédure "PDP Context Deactivation".
2 - Contexte PDP
 Il existe deux types de contexte PDP:
 Contexte PDP primaire qui ne peut être établi que par
l’usager
 Contexte PDP secondaire qui peut être établi par
l’usager ou par le réseau (c’est- à – dire le GGSN).
 Une adresse IP est allouée par le GGSN à l ’usager lors de
l’établissement d’un contexte PDP primaire (pour un APN
donné)
 Un contexte PDP secondaire partage la même adresse IP
que le contexte PDP primaire auquel il est associé, mais pas
forcément la même QoS.
2 - Contexte PDP
 L'APN qui a un format de hostname est traduit par le SGSN par
interrogation DNS en un ensemble d'adresses IP que reconnait
le GGSN.
 Les GGSN savent adresser le réseau IP qui supporte le service
indiqué par l'APN.
 mms.orange.fr ou internet.orange.fr sont des exemples d'APN.
 Le premier APN est utilisé pour l'établissement d'un contexte
PDP dédié au transport de MMSs.
 Le second APN sert pour l'établissement d'un contexte PDP qui
permet d'accéder aux services offerts par Internet.
2 - Contexte PDP
Dans l'exemple présenté à la Figure 2, l'UE (User Equipment) a trois
contextes PDP primaires X1, Y, Z. Chacun est associé à un APN
donné, APN X, APN Y, APN Z et à une adresse IP donnée,
respectivement IP X, IP Y, IP Z.
Par ailleurs une QoS doit être associée à chaque contexte PDP.
Quatre classes de QoS sont définies :
 conversationnel (pour des services temps réel bidirectionnels
tels qu'une communication audio ou visio),
 streaming (pour des services temps réel unidirectionnels tels
que le video streaming ou le broadcast TV),
 interactive (pour des services de données interactifs tels que
la messagerie instantanée ou le WEB),
 background (pour des services de données qui n'exigent
aucune QoS, i.e., best effort).
2 - Contexte PDP
 L'exemple montre un contexte PDP secondaire X2 associé à
un contexte PDP primaire X1.
 Ce contexte PDP secondaire partage le même APN ainsi
que la même adresse IP que le contexte PDP primaire X1,
mais pas la même QoS.
2 - Contexte PDP
PDP CONTEXT X1 (APN X1, IP ADRESS X, QOS X1
PDP CONTEXT X2 (APN X2, IP ADRESS X, QOS X2
PDP CONTEXT Y (APN Y, IP ADRESS Y, QOS Y
PDP CONTEXT Y (APN Z, IP ADRESS Y, QOSZ
ISP X
ISP Y
ISP Z
GGSN1
GGSN2
SGSN
Figure 2 : Le Contexte PDP
APNX
APN
Y
APN
Z
2 - Contexte PDP
 Si l'on considère un usager qui souhaite accéder à ses services
IMS, il doit disposer d'un contexte PDP primaire pour le
transport de la signalisation SIP/IMS afin de pouvoir à tout
moment établir ou recevoir des appels.
 Ce contexte PDP sera permanent et sera associé à une QoS
interactive.
 Par contre lorsqu'un appel est établi, un contexte PDP
secondaire sera ouvert pour le transport de la voix sur IP
(protocole RTP) qui requiert une QoS conversationnelle.
 Lorsque des paquets entrants arrivent au GGSN1, il saura les
acheminer sur le contexte PDP primaire ou secondaire en
fonction du couple "adresse IP / numéro de port".
 En effet, les flux SIP et RTP sont manipulés par des applications
sur le terminal qui utilisent des ports différents.
 Les paquets sortants seront émis par l'UE sur le contexte PDP
primaire ou secondaire en fonction des flux SIP ou RTP.
2 - Contexte PDP
Evolutions du réseau GPRS dans le contexte de
l'accès 3G/3G+
1 - Le réseau GPRS dans le contexte 3G
2 - Contexte PDP
3 - Evolution du domaine paquet mobile vers une architecture
plate
4 - Etablissement de contexte PDP primaire
5 - Routage et transfert de données
6 - Etablissement de contexte PDP secondaire par le réseau
7 - Réactivation du RAB (Radio Access Bearer) pour l’émission de
paquets IP
8 - Réactivation du RAB pour la réception de paquets IP
3-Evolution du domaine paquet mobile vers une
architecture plate
 Jusqu’à la Release 6, les éléments impliqués sur le plan
contrôle et le plan usager pour un contexte PDP sont l'UE,
le Node B, le RNC, le 3G SGSN et le GGSN.
 Afin d’améliorer les performances de HSPA, une
architecture plate a été considérée (Figure3) à partir de la
Release 7.
 A la Release 7, il y a l’option d’une architecture « one-
tunnel » dans laquelle le réseau établit un chemin (tunnel)
direct pour le trafic usager entre le RNC et le GGSN sans
passer par le SGSN.
 Les éléments impliqués sur le plan usager sont donc l'UE, le NodeB, le
RNC et le GGSN.
 Par contre le SGSN est toujours présent sur le plan de contrôle pour
l’établissement du contexte PDP.
 Cela permet de minimiser le nombre éléments ayant à traiter le trafic
usager et donc réduire les délais ainsi que simplifier l’ingénierie du
réseau.
 Il existe aussi une autre solution encore plus optimisée appelée
"NodeB/RNC intégré" dans laquelle les fonctions du RNC sont intégrées
dans le Node B.
3-Evolution du domaine paquet mobile vers une
architecture plate
 Ce type de solution apparaît notamment dans les architectures femtocell.
 Cette nouvelle amélioration est similaire à celle de l’architecture du
réseau 4G appelé LTE (Long Term Evolution of 3G) où le seul élément
présent dans le réseau d’accès est l’eNodeB, qui réalise certaines
fonctions du RNC.
 Par ailleurs, même si l’interface entre RNC et 3G-SGSN (c’est-à-dire
interface IuPs) s’appuyait initialement sur un transport ATM, l’évolution met
en œuvre aujourd’hui un transport GE.
 De même, alors qu'initialement les NodeB et les RNCs étaient interfacés
par des liens ATM au début des déploiement de la 3G, la tendance est
d'assurer l'interfonctionnement via GE.
3-Evolution du domaine paquet mobile vers une
architecture plate
GGSN
SGSN
RNC
Node B
SGSN
GGSN
RNC
Node B
SGSN
GGSN
Node B
RNC
R7, Direct
Tunnel
R7, Direct Tunnel
RNC &Node B
intégré
R6
Plan contrôle
Plan Usager
Figure 3: Evolution du domaine paquet mobile vers une architecture plate
3-Evolution du domaine paquet mobile vers une
architecture plate
Notons toutefois que le Direct Tunnel ne peut pas être utilisé
dans les scénarii suivants:
1. Si l’usager est dans un réseau visité, le SGSN doit être
présent sur le plan usager pour le comptage des octets
envoyés et reçus par l’usager et pour les
reversements/compensation entre opérateurs.
3-Evolution du domaine paquet mobile vers une
architecture plate
2. Si l’usager est relié par un accès 2G au SGSN, ce dernier
ne peut pas fonctionner en mode direct tunnel. Ce
mode est réservé au cas où l’usager est pris en charge
par un accès 3G (NodeB/ RNC).
3. Le GGSN ne supporte pas le protocole GTPv1. Avec le
protocole GTPv0 il n’est pas possible de fonctionner selon
le mode direct tunnel car le protocole GTPv0 ne sait pas
dissocier le plan contrôle du plan usager.
3-Evolution du domaine paquet mobile vers une
architecture plate
Evolutions du réseau GPRS dans le contexte de
l'accès 3G/3G+
1 - Le réseau GPRS dans le contexte 3G
2 - Contexte PDP
3 - Evolution du domaine paquet mobile vers une architecture
plate
4 - Etablissement de contexte PDP primaire
5 - Routage et transfert de données
6 - Etablissement de contexte PDP secondaire par le réseau
7 - Réactivation du RAB (Radio Access Bearer) pour l’émission de
paquets IP
8 - Réactivation du RAB pour la réception de paquets IP
NOTION DE QOS
 Définition du RAB:
Définition d’attributs de qualité de service négociés entre
usager et réseau cœur sur l ’interface radio et Iu
Notions importantes:
 Délai de transfert de l ’info
 Variation du délai de transfert
 Tolérance aux erreurs de transmission
NOTION DE QOS
 Classes de service:
 Conversationnel (phonie, visiophonie, jeux)
 Streaming (écoute de pgmes audio/vidéo, transfert FTP)
 Interactif (messagerie vocale, navigation WEB, e-commerce)
 Background (fax, email)
 Débit max / débit garanti
 Taille des informations
 Taux d ’erreur
 Délai de transfert
 Priorité
NOTION DE QOS
 ACTIONS DE L ’UTRAN
 Choix du codage canal
 Dimensionnement des ressources radio et configuration
des protocoles radio (laissé libre au constructeur)
4 - Etablissement de contexte PDP primaire
 Pour échanger (envoyer et recevoir) des paquets IP via le
réseau UMTS, l'UE doit activer un contexte PDP (Figure 4).
 L’activation de contexte PDP constitue donc la deuxième
étape après la procédure d’attachement de l'UE au réseau
UMTS.
 La procédure d’activation de contexte PDP (PDP Context
Activation) déclenchée par l'UE, lui permet d’être connue de
l’entité GGSN concernée.
 La procédure décrite considère un mode de fonctionnement
sans direct tunnel.
 (1) Au cours de cette procédure, l'UE communique au 3G-
SGSN via la commande SM Activate PDP Contexte Request, le
point d’accès au réseau externe auquel il souhaite se
connecter (c’est-à-dire l’APN), le type d'adresse IP qu’il
souhaite obtenir, appelé PDP Type (IPv4 ou IPv6) et la QoS
requise.
 (2) Le SGSN traduit à l'aide du DNS l'APN en l'adresse IP d'un
GGSN qui supporte l'APN, puis émet une demande
d'établissement d'un tunnel réseau à ce GGSN, appelé
Create PDP Contexte Request. Les paramètres fournis par l'UE
sont inclus ainsi que son MSISDN.
4 - Etablissement de contexte PDP primaire
 (3) Une négociation de qualité de service est engagée.
Le GGSN alloue une adresse IP du type demandé (IPv4
ou IPv6) et la retourne dans la réponse Create PDP
Context Response ainsi que la QoS négociée.
 (4) Le SGSN doit maintenant demander au RNC d'établir
un RAB entre l'UE et le SGSN. Le RAB est constitué d'un
tunnel radio entre l'UE et le RNC et d'un tunnel d'accès
entre le RNC et le 3G-SGSN. Un contexte PDP est donc
l'agrégation des tunnels radio, accès et réseau.
4 - Etablissement de contexte PDP primaire
 (5)Une fois le RAB établi par le RNC, le 3G-SGSN peut retourner à l'UE
la confirmation d'établissement du contexte PDP via le message SM
Activiate PDP Context Accept.
 L'UE peut donc commencer à émettre et recevoir des paquets IP.
 Entre l'UE et le 3G-SGSN sont échangés des messages de
signalisation du protocole SM (Session Management). Entre le 3G-
SGSN et le GGSN le protocole de signalisation est GTP-C (GPRS
Tunneling Protocol - Control Plane).
 Entre le 3G-SGSN et le RNC le protocole de signalisation est RANAP
(Radio Access Network Application Part).
 Entre le RNC et l'UE est utilisé le protocole de signalisation RRC (Radio
Resource Control).
4 - Etablissement de contexte PDP primaire
Figure 4 : Etablissement d'un contexte PDP primaire
4 - Etablissement de contexte PDP primaire
3
192.23.24.25
Evolutions du réseau GPRS dans le contexte de
l'accès 3G/3G+
1 - Le réseau GPRS dans le contexte 3G
2 - Contexte PDP
3 - Evolution du domaine paquet mobile vers une architecture
plate
4 - Etablissement de contexte PDP primaire
5 - Routage et transfert de données
6 - Etablissement de contexte PDP secondaire par le réseau
7 - Réactivation du RAB (Radio Access Bearer) pour l’émission de
paquets IP
8 - Réactivation du RAB pour la réception de paquets IP
5 - Routage et transfert de données
 Les données de l'usager sont transportées de manière
transparente entre la station mobile et le réseau de données
externe en utilisant des mécanismes d'encapsulation et de
tunneling.
 La couche PDCP (Packet Data Convergence Protocol) a deux
fonctions principales.
 Tout d'abord elle permet d'assurer l'indépendance des protocoles
radio de l'UTRAN (couches MAC et RLC) par rapport aux couches de
transport réseau. Cette indépendance permettra de faire évoluer les
protocoles réseau (par exemple de passer de l'IPv4 à l'IPv6) sans
modification des protocoles radio de l'UTRAN.
 D'autre part, la couche PDCP offre les algorithmes de compression
de données ou d'en tête de paquets de données, permettant un
usage plus efficace des ressources radio.
 Le transport fiable des données entre deux
équipements est assuré par la couche RLC(Radio
Link Control).
 La couche MAC (Medium Access Control) remplit la
fonction de multiplexage des données sur les canaux
de transport radio.
 Le niveau 1 (PHY) représente le couche physique de
l'interface radio. Elle réalise entre autres les fonctions
de codage de canal, d'entrelacement et de
modulation.
5 - Routage et transfert de données
 Soit un paquet IP provenant du core Network, l'en-tête de la
N-PDU est compressé par la couche PDCP, c'est à dire
remplacé par un en-tête PDCP de taille plus réduite.
 Cette nouvelle PDU est ensuite segmentée par la couche RLC,
qui ajoute à chaque segment son propre en-tête. La RLC-PDU
est alors traitée par la couche MAC, qui ajoute un en-tête
lorsqu'un multiplexage est effectué.
 GPRS Tunnelling Protocol for the user plane (GTP-U) transporte
dans des tunnels les données utilisateur entre l'UTRAN (RNC) et
le 3G SGSN et entre les GGSNs dans le réseau GPRS. Le
protocole GTP s'appuie sur le transport UDP/IP/AAL5/ATM ou
UDP/IP/Gigabit Ethernet.
5 - Routage et transfert de données
 Le protocole GTP version 1 utilisé dans le contexte de la 3G sépare
le plan de transfert des données utilisateur (GTP-U), du plan de
contrôle (GTP-C).
5 - Routage et transfert de données
 Si l'UE émet un paquet IP (IP1), ce dernier est transporté sur un tunnel
PDCP de l'UE au RNC. Le RNC décapsule le paquet IP (IP1) du
paquet PDCP et l'inclut dans un paquet GTPU.
 GTP-U est un protocole de niveau application s'appuyant sur UDP/IP.
Le paquet IP (IP2) encapsulant le paquet GTP-U/UDP a pour adresse
IP source celle du RNC et pour adresse de destination celle du 3G-
SGSN. Le paquet IP (IP2) est encapsulé dans une trame GE (Gigabit
Ethernet) et délivré au 3G SGSN, destinataire du paquet IP (IP2).
 Le 3G-SGSN décapsule le paquet GTP-U et l'inclut dans un autre
paquet GTP-U sur UDP/IP.
5 - Routage et transfert de données
Au niveau IP, le paquet IP(IP3) a pour adresse source celle du
3G-SGSN et pour adresse de destination celle du GGSN. Le
paquet IP est transmis sur une couche liaison de données et
physique (L2/L1) qui est généralement GE.
Le GGSN décapsule le contenu du paquet IP (IP3) puisqu'il
en est le destinataire, puis le contenu du segment UDP puis le
contenu du paquet GTP-U, à savoir le paquet IP (IP1) et route
ce paquet IP vers sa destination comme l'aurait réalisé tout
routeur IP.
5 - Routage et transfert de données
5 - Routage et transfert de données
Application
L1
IP
PDCP
RLC
MAC
L1
PDCP
RLC
MAC
GTP-U
UDP/IP
GE
RELAY
GTP-U
UDP/IP
GE
L1
GTP-U
UDP/IP
L2
RELAY
L1
IP
GTP-U
UDP/IP
L2
UE
UTRAN 3G-SGSN
GGSN
Figure 5 : Routage et transfert de données
Evolutions du réseau GPRS dans le contexte de
l'accès 3G/3G+
1 - Le réseau GPRS dans le contexte 3G
2 - Contexte PDP
3 - Evolution du domaine paquet mobile vers une architecture
plate
4 - Etablissement de contexte PDP primaire
5 - Routage et transfert de données
6 - Etablissement de contexte PDP secondaire par le réseau
7 - Réactivation du RAB (Radio Access Bearer) pour l’émission de
paquets IP
8 - Réactivation du RAB pour la réception de paquets IP
 Depuis la Release 7, le réseau peut établir un contexte PDP
secondaire qui sera associé à un contexte PDP primaire. Les deux
contextes PDP partagent la même adresse IP.
 Le contexte PDP primaire ne peut être établi que par l ’UE alors
que le contexte PDP secondaire peut être établi soit par l ’UE, soit
par le réseau.
 Le contexte PDP secondaire ne peut pas être établi s ’il n ’existe
pas un contexte PDP primaire auquel il sera associé et dont il
partagera la même adresse IP mais pas forcément la même QoS.
 La figure 6 décrit l'établissement d'un contexte PDP secondaire
par le réseau (i.e., le GGSN).
6 -Etablissement de contexte PDP secondaire par le
réseau
Figure 6 : Etablissement d'un contexte PDP secondaire par le réseau
6 -Etablissement de contexte PDP secondaire par le
réseau
Evolutions du réseau GPRS dans le contexte de
l'accès 3G/3G+
1 - Le réseau GPRS dans le contexte 3G
2 - Contexte PDP
3 - Evolution du domaine paquet mobile vers une
architecture plate
4 - Etablissement de contexte PDP primaire
5 - Routage et transfert de données
6 - Etablissement de contexte PDP secondaire par le réseau
7 - Réactivation du RAB (Radio Access Bearer) pour l’émission
de paquets IP
8 - Réactivation du RAB pour la réception de paquets IP
7 -Réactivation du RAB (Radio Access Bearer) pour
l’émission de paquets IP
 Il est à noter que lorsque l'UE n'a pas de paquets IP à émettre ou
recevoir le RAB est automatiquement libéré par le RNC. L'UE
passe alors de l'état actif à l'état de repos (idle).
 Par contre le tunnel réseau entre le SGSN et le GGSN est
maintenu pour une durée qui dépend de l'APN. Cette durée est
gérée par le GGSN.
 Celle-ci est de plusieurs dizaines de minutes voir de plusieurs
heures. Il s'agit alors pour l'UE qui souhaite de nouveau émettre
des paquets de réactiver le RAB uniquement.
Notion de séparation de niveaux de services indépendants
ACCESS STRATUM
Fonctions liées au réseau d’accès (UTRAN Universal Terrestrial Radio Access
Network)
 Gestion des ressources radio
 Handover
 Chiffrement
 Compression
 NON ACCESS STRATUM
Autres fonctions indépendantes du réseau d’accès
 Etablissement d’appel
 Signalisation d’appel
 Authentification
 Gestion des services supplémentaires
 Facturation
7 -Réactivation du RAB (Radio Access Bearer)
pour l’émission de paquets IP
 L ’usager émet un message NAS Service Request transporte de
façon transparente jusqu’au 3G-SGSN (Figure 7).
 Le message est transporté sur le protocole de signalisation RRC
entre l ’UE et le RNC et sur le protocole de signalisation RANAP
entre le RNC et le 3G SGSN.
 Comme vu précédemment, le 3G-SGSN demande au RNC
d'établir le RAB qui correspond à un tunnel de l'UE au 3G-SGSN.
 Une fois celui-ci établi, une confirmation est retournée au 3G-
SGSN. L ’UE peut émettre des paquets IP.
 Le plus important est de minimiser le délai nécessaire pour que
l'UE passe de l'état idle à l'état actif.
7 -Réactivation du RAB (Radio Access Bearer) pour
l’émission de paquets IP
Figure 7 : Réactivation du RAB pour l’émission de paquets IP
7 -Réactivation du RAB (Radio Access Bearer) pour
l’émission de paquets IP
Evolutions du réseau GPRS dans le contexte de
l'accès 3G/3G+
1 - Le réseau GPRS dans le contexte 3G
2 - Contexte PDP
3 - Evolution du domaine paquet mobile vers une architecture
plate
4 - Etablissement de contexte PDP primaire
5 - Routage et transfert de données
6 - Etablissement de contexte PDP secondaire par le réseau
7 - Réactivation du RAB (Radio Access Bearer) pour l’émission de
paquets IP
8 - Réactivation du RAB pour la réception de paquets IP
8 - Réactivation du RAB pour la réception de
paquets IP
Considérons le cas de paquets IP entrants alors que l'UE est dans l'état
idle (Figure 8).
Le GGSN encapsule les paquets IP entrants dans des paquets GTP-U et
les transfère sur le tunnel réseau associé au contexte PDP de l'UE, au
SGSN.
Ce dernier doit d'abord localiser l'UE avant de demander au RNC
approprié l'établissement du RAB pour acheminer les paquets IP à l'UE.
Dans l'état idle, l'UE n'informe le 3G-SGSN que lorsque l'UE change de
routing area. Or, une routing area peut contenir des NodeB contrôlés
par différents RNC.
Le 3G-SGSN, réalise donc une opération de Paging sur l'ensemble
de la routing area de l'UE.
Une fois que l'UE répond à cette demande, il est localisé. Le 3G-
SGSN demande alors au RNC approprié d'établir le RAB.
Une fois l'opération réalisée, le 3G-SGSN transfère les paquets IP de
l'UE sur ce RAB.
8 - Réactivation du RAB pour la réception de
paquets IP
Figure 8: Réactivation du RAB pour la réception de paquets IP
8 - Réactivation du RAB pour la réception de
paquets IP

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  • 1. Evolutions du réseau GPRS dans le contexte de l'accès 3G/3G+
  • 2. Evolutions du réseau GPRS dans le contexte de l'accès 3G/3G+ 1 - Le réseau GPRS dans le contexte 3G 2 - Contexte PDP 3 - Evolution du domaine paquet mobile vers une architecture plate 4 - Etablissement de contexte PDP primaire 5 - Routage et transfert de données 6 - Etablissement de contexte PDP secondaire par le réseau 7 - Réactivation du RAB (Radio Access Bearer) pour l’émission de paquets IP 8 - Réactivation du RAB pour la réception de paquets IP
  • 3.  Les Différentes générations de réseaux mobiles en Europe en 2004 • 1 G : FDMA • 2 G : FD-TDMA EVOLUTION  Commutation de circuit : GSM (9.6 Kbits/s) HSCSD (57.6 kbits/s)  Commutation de paquet : GPRS (160 kbits/s)  Commutation de circuit + paquet : EDGE (384 kbits/s) UMTS (2Mbits/s) 1 - Le réseau GPRS dans le contexte 3G
  • 4. HSCSD (HIGH SPEED CIRCUIT SWITCHED DATA) PRINCIPE : MOINS DE PROTECTION CONTRE LES ERREURS AVANTAGE : UTILISATION DE L ’INFRASTRUCTURE GSM EXISTANTE INCONVENIENT : COMMUTATION DE CIRCUIT POUR LA TRANSMISSION DE DONNEES 1 - Le réseau GPRS dans le contexte 3G
  • 5. EDGE ENHANCED DATA RATE FOR GSM EVOLUTION PRINCIPE :  MODULATION DIFFERENTE DU GSM / GPRS (8 psk) 3 Bits TRANSMIS A CHAQUE MOUVEMENT D ’HORLOGE  MULTIPLICATION PAR 3 DU DEBIT AVANTAGE : MODE CIRCUIT + MODE PAQUET UTILISES INCONVENIENT : NECESSITE UN CHANGEMENT OU UN AJOUT D ’EQUIPEMENT 1 - Le réseau GPRS dans le contexte 3G
  • 6. SITUATION DES RESEAUX MOBILES AU NIVEAU MONDIAL Chiffres en 2001:  GSM : 564 Millions de clients  CDMA IS - 95 : 100 Millions de clients (continent américain et Asie)  TDMA IS - 136 (Digital-AMPS) : 81 millions de clients (Etats-Unis)  TDMA PDC (Personal Digital Cellular) /PHS (Personal Handyphone System) : 55 millions de clients (Japon) 1 - Le réseau GPRS dans le contexte 3G
  • 7.  Modulations différentes  Méthodes d ’accès différentes  Bandes de fréquence différentes • GSM 900/1800 (MHz) • IS 95 800/1900 • IS 136 800/1900 • PDC 800/1400  Gestion du client différent • Carte SIM (GSM) • Infos clients dans le mobile (Amérique du Nord) INCOMPATIBILITE DES RESEAUX MOBILES EXISTANTS 1 - Le réseau GPRS dans le contexte 3G
  • 8. QU ’EST CE QUE L ’UMTS  Universal Mobile Télécommunication System  Système de 3ème génération • Couverture globale • Roaming global • Débits importants • Support d ’application multimédia • Terrestre / Satellite (Mss) : Mobile Satellite Service 1 - Le réseau GPRS dans le contexte 3G
  • 9. LES PRINCIPES DE L ’UMTS  Normalisation internationale • Différents standards prévus dans l ’UMTS (compromis)  Bandes de fréquences communes  Support pour données haut débit • 2 Mbit/s en environnement fixe • 384 kbit/s (mobilité réduite) • 144 kbit/s (mobilité forte)  Héritage du GSM (principe du réseau existant)  Compatibilité avec systèmes de deuxième génération 1 - Le réseau GPRS dans le contexte 3G
  • 10. UNE NORMALISATION INTERNATIONALE  Concept d ’IMT 2000 Objectif : Fédérer les propositions des différents organismes de normalisation  Principaux organismes de normalisation: • Un organisme fédérateur : ITU (International Télécommunication Union) • Europe : ETSI (European Telecommunication Standard Institute) • Japon : ARIB (Association of Radio Industries and Businesses) • Etats Unis : TIA (Telecommunications Industry Association) • Corée : TTA (Telecommunication Technology Association) 1 - Le réseau GPRS dans le contexte 3G
  • 11. LES DATES « CLE » 1992 Réservation par l ’ITU à l ’IMT 2000 de 2 bandes de fréquences (230 MHz + 150 MHz) 1998 16 propositions reçues pour l ’interface air Technologie CDMA majoritaire 1999 2 familles de technologie retenues en CDMA Création de 2 regroupements de constructeurs et opérateurs 1 - Le réseau GPRS dans le contexte 3G
  • 12. 3 GPP (3rd Generation Partnership Project) • Héritage du concept du GSM (Groupe Spécial Mobile) pour le réseau mobile GSM • UMTS • Rapprochement ETSI/ARIB/T1 3 GPP2 • Créé afin de garantir une pérennité des systèmes IS 95 • CDMA 2000 • Etats Unis/Corée/Japon/Chine 1 - Le réseau GPRS dans le contexte 3G
  • 13. 1999 Premières spécifications techniques 2000 Début des attributions des licences UMTS en Europe (Espagne) Recommandations UMTS release 99 publiées (UMTS phase 1) Réservation de 3 bandes de fréquences complémentaires (largeur de160 MHz) : 900, 1800, 2600 MHz 2001 UMTS release 4 2002 UMTS Release 5 2004 Ouverture commerciale 1er réseau UMTS en France 2013 Ouverture commerciale 1er réseau UMTS au Burkina Faso 1 - Le réseau GPRS dans le contexte 3G
  • 14. Bandes de fréquences communes  Bandes prévues par l ’ITU •1885 - 2025 MHz •2110-2200 MHz 1 - Le réseau GPRS dans le contexte 3G
  • 15. UN SYSTEME ETABLI PAR DES CONSTRUCTEURS  Différent du GSM  Principaux acteurs : • Constructeurs : ERICSSON NOKIA NORTEL ALCATEL SIEMENS sur TDD • Opérateurs : VODAFONE NTT Do Co Mo 1 - Le réseau GPRS dans le contexte 3G
  • 16. QUELS SERVICES ?  Téléphonie  Services d ’information  Accès intra/extranet mobile  Messagerie multimédia  Services de localisation  Accès internet mobile 1 - Le réseau GPRS dans le contexte 3G
  • 17. Services Point à point Symétriques : • Téléphonie • Conférence téléphonique • Vidéo conférence Asymétriques : • Email • Télécopie • Accès données (journal, vidéo, shopping,…) • Service médical à distance (imagerie) • Accès internet 1 - Le réseau GPRS dans le contexte 3G
  • 18. Services Multipoint • Radio mobile • TV mobile • Services de diffusion d’information (métro, trafic, sport,….) ou de musiques 1 - Le réseau GPRS dans le contexte 3G
  • 19.  UMTS (Universal Mobile Telecommunications System) introduit une nouvelle interface radio appelée UTRAN (UMTS Terrestrial Radio Access Network).  UTRAN va permettre aux usagers UMTS de disposer de débits suffisants pour établir des sessions de données et ainsi accéder à des services IP.  Le sous-système radio UTRAN se compose de deux éléments distincts, à savoir le noeud B (node B) et le contrôleur de réseau radio (RNC, Radio Network Controller). 1 - Le réseau GPRS dans le contexte 3G
  • 20.  Le nodeB équivaut à la BTS du réseau GSM. Le RNC équivaut à la BSC du réseau GSM. Le RNC possède et contrôle les ressources radio des nodes B auquel il est connecté.  Le NodeB s’interface au RNC par ATM ou par Ethernet (de nos jours).  Le RNC s’interface avec le 3G-SGSN en utilisant une connectivité GigabitEthernet (GE). 1 - Le réseau GPRS dans le contexte 3G
  • 21. L’entité 3G SGSN (Serving GPRS Support Node) s'occupe dans son aire de service :  des transmissions de données entre les mobiles et le réseau mobile. Ses tâches incluent la gestion de la mobilité (attach/detach/mise à jour de routing area), la gestion de session (établissement/libération de contexte PDP), le routage et le transfert de paquets. 1 - Le réseau GPRS dans le contexte 3G
  • 22.  L’entité GGSN (Gateway GPRS Support Node) joue le rôle d’interface à des réseaux de données externes (e.g., réseaux IPv4 et IPv6).  Elle décapsule des paquets IP arrivant sur un contexte PDP en provenance du SGSN et les envoie au réseau IP externe correspondant.  Le GGSN permet aussi d’acheminer les paquets IP provenant des réseaux IP externes vers le SGSN du destinataire sur un tunnel.  La technologie W-CDMA utilisée par UMTS (3G) permet des débits montant et descendant au-delà de 384 kbit/s depuis le mobile. 1 - Le réseau GPRS dans le contexte 3G
  • 23.  Le débit descendant W-CDMA peut être amélioré par la technologie radio HSDPA (High Speed Downlink Packet Access) qui permet des débits descendants jusqu’à 63 Mbit/s (Utilisation de trois fréquences).  Cela requiert une mise à jour logicielle des nodeB et RNC, et un nouveau terminal mobile supportant cette technologie.  En pratique HSDPA offre 5 Mbit/s au client mobile pour ses débits descendants. 1 - Le réseau GPRS dans le contexte 3G
  • 24.  Le débit montant W-CDMA peut être amélioré par la technologie radio HSUPA (High Speed Uplink Packet Access) qui permet des débits montants jusqu ’à 5,75 Mbit/s.  Cela requiert une mise à jour logicielle des nodeB et RNC, et un nouveau terminal mobile supportant cette technologie.  En pratique HSUPA offre 1 Mbit/s au client mobile pour ses débits montants. 1 - Le réseau GPRS dans le contexte 3G
  • 25. L ’entité PCRF (Policy and Charging Rules Function) permet à la fonction PCEF (Policy and Charging Enforcement Function) généralement incluse dans le GGSN. Cette fonction permet:  De configurer les règles PCC (Policy and Charging Control) afin d’identifier les flux circulant sur le contexte PDP,  de bloquer ou d ’autoriser les flux, d ’affecter une QoS par flux, et de taxer chaque flux individuellement selon des règles précédemment configurées. 1 - Le réseau GPRS dans le contexte 3G
  • 26.  L'entité PCEF dispose d'une interface de taxation avec l'OCS (l'Online Charging System) pour la taxation online des flux de services IP consommés par l'usager.  L'entité PCEF dispose d'une interface avec l'OFCS (Offline Charging System) pour la taxation offline des flux de services IP de l'usager. Le PCEF obtient des crédits de l'OCS et soumet des tickets de taxation à l'OFCS.  Il est à noter que l'entité PCEF peut être indépendante du GGSN et dans ce cas se retrouve derrière le GGSN à l'interface des réseaux externes IP. 1 - Le réseau GPRS dans le contexte 3G
  • 27. R N C R N C GbE UE UE NodeB UTRAN ATM /IP Réseau IP SGSN GGSN PCEF PCRF OFCS Gx Gz Gy SS7/SIGTRAN Internet Intranet Domaine PS HLR Frame Relay BSC BTS BTS BTS BSS PCU OCS PCRF : Policy and Charging Rules Function PCEF : Policy and Charging Enforcement Function OCS : Online Charging System OFCS : Offline Charging System Figure : Architectures 3G et 3G Iu Ps Iu Cs Gb
  • 28. Evolutions du réseau GPRS dans le contexte de l'accès 3G/3G+ 1 - Le réseau GPRS dans le contexte 3G 2 - Contexte PDP 3 - Evolution du domaine paquet mobile vers une architecture plate 4 - Etablissement de contexte PDP primaire 5 - Routage et transfert de données 6 - Etablissement de contexte PDP secondaire par le réseau 7 - Réactivation du RAB (Radio Access Bearer) pour l’émission de paquets IP 8 - Réactivation du RAB pour la réception de paquets IP
  • 29. 2 - Contexte PDP  Un contexte PDP est un ensemble d'informations qui caractérise un service de transmission de base.  Il regroupe des paramètres qui permettent à un abonné de communiquer:  avec une adresse PDP définie (c’est – à – dire: adresse IPv4 ou adresse IPv6),  en fonction d'un APN (Access Point Name) selon un protocole spécifique (IP4 ou IPv6),  suivant un profil de Qualité de service déterminé (débit, délai, priorité...).
  • 30.  La procédure "PDP Context Activation", déclenchée à l'initiative de l'abonné mobile, permet au terminal d'être connu de la passerelle GGSN.  Le GGSN réalise l'interconnexion avec le réseau externe (réseau IPv4 ou réseau IPv6) demandé par l'abonné.  La transmission de données entre le réseau UMTS et le réseau externe peut alors débuter.  La procédure inverse de "PDP Context Activation" est la procédure "PDP Context Deactivation". 2 - Contexte PDP
  • 31.  Il existe deux types de contexte PDP:  Contexte PDP primaire qui ne peut être établi que par l’usager  Contexte PDP secondaire qui peut être établi par l’usager ou par le réseau (c’est- à – dire le GGSN).  Une adresse IP est allouée par le GGSN à l ’usager lors de l’établissement d’un contexte PDP primaire (pour un APN donné)  Un contexte PDP secondaire partage la même adresse IP que le contexte PDP primaire auquel il est associé, mais pas forcément la même QoS. 2 - Contexte PDP
  • 32.  L'APN qui a un format de hostname est traduit par le SGSN par interrogation DNS en un ensemble d'adresses IP que reconnait le GGSN.  Les GGSN savent adresser le réseau IP qui supporte le service indiqué par l'APN.  mms.orange.fr ou internet.orange.fr sont des exemples d'APN.  Le premier APN est utilisé pour l'établissement d'un contexte PDP dédié au transport de MMSs.  Le second APN sert pour l'établissement d'un contexte PDP qui permet d'accéder aux services offerts par Internet. 2 - Contexte PDP
  • 33. Dans l'exemple présenté à la Figure 2, l'UE (User Equipment) a trois contextes PDP primaires X1, Y, Z. Chacun est associé à un APN donné, APN X, APN Y, APN Z et à une adresse IP donnée, respectivement IP X, IP Y, IP Z. Par ailleurs une QoS doit être associée à chaque contexte PDP. Quatre classes de QoS sont définies :  conversationnel (pour des services temps réel bidirectionnels tels qu'une communication audio ou visio),  streaming (pour des services temps réel unidirectionnels tels que le video streaming ou le broadcast TV),  interactive (pour des services de données interactifs tels que la messagerie instantanée ou le WEB),  background (pour des services de données qui n'exigent aucune QoS, i.e., best effort). 2 - Contexte PDP
  • 34.  L'exemple montre un contexte PDP secondaire X2 associé à un contexte PDP primaire X1.  Ce contexte PDP secondaire partage le même APN ainsi que la même adresse IP que le contexte PDP primaire X1, mais pas la même QoS. 2 - Contexte PDP
  • 35. PDP CONTEXT X1 (APN X1, IP ADRESS X, QOS X1 PDP CONTEXT X2 (APN X2, IP ADRESS X, QOS X2 PDP CONTEXT Y (APN Y, IP ADRESS Y, QOS Y PDP CONTEXT Y (APN Z, IP ADRESS Y, QOSZ ISP X ISP Y ISP Z GGSN1 GGSN2 SGSN Figure 2 : Le Contexte PDP APNX APN Y APN Z 2 - Contexte PDP
  • 36.  Si l'on considère un usager qui souhaite accéder à ses services IMS, il doit disposer d'un contexte PDP primaire pour le transport de la signalisation SIP/IMS afin de pouvoir à tout moment établir ou recevoir des appels.  Ce contexte PDP sera permanent et sera associé à une QoS interactive.  Par contre lorsqu'un appel est établi, un contexte PDP secondaire sera ouvert pour le transport de la voix sur IP (protocole RTP) qui requiert une QoS conversationnelle.  Lorsque des paquets entrants arrivent au GGSN1, il saura les acheminer sur le contexte PDP primaire ou secondaire en fonction du couple "adresse IP / numéro de port".  En effet, les flux SIP et RTP sont manipulés par des applications sur le terminal qui utilisent des ports différents.  Les paquets sortants seront émis par l'UE sur le contexte PDP primaire ou secondaire en fonction des flux SIP ou RTP. 2 - Contexte PDP
  • 37. Evolutions du réseau GPRS dans le contexte de l'accès 3G/3G+ 1 - Le réseau GPRS dans le contexte 3G 2 - Contexte PDP 3 - Evolution du domaine paquet mobile vers une architecture plate 4 - Etablissement de contexte PDP primaire 5 - Routage et transfert de données 6 - Etablissement de contexte PDP secondaire par le réseau 7 - Réactivation du RAB (Radio Access Bearer) pour l’émission de paquets IP 8 - Réactivation du RAB pour la réception de paquets IP
  • 38. 3-Evolution du domaine paquet mobile vers une architecture plate  Jusqu’à la Release 6, les éléments impliqués sur le plan contrôle et le plan usager pour un contexte PDP sont l'UE, le Node B, le RNC, le 3G SGSN et le GGSN.  Afin d’améliorer les performances de HSPA, une architecture plate a été considérée (Figure3) à partir de la Release 7.  A la Release 7, il y a l’option d’une architecture « one- tunnel » dans laquelle le réseau établit un chemin (tunnel) direct pour le trafic usager entre le RNC et le GGSN sans passer par le SGSN.
  • 39.  Les éléments impliqués sur le plan usager sont donc l'UE, le NodeB, le RNC et le GGSN.  Par contre le SGSN est toujours présent sur le plan de contrôle pour l’établissement du contexte PDP.  Cela permet de minimiser le nombre éléments ayant à traiter le trafic usager et donc réduire les délais ainsi que simplifier l’ingénierie du réseau.  Il existe aussi une autre solution encore plus optimisée appelée "NodeB/RNC intégré" dans laquelle les fonctions du RNC sont intégrées dans le Node B. 3-Evolution du domaine paquet mobile vers une architecture plate
  • 40.  Ce type de solution apparaît notamment dans les architectures femtocell.  Cette nouvelle amélioration est similaire à celle de l’architecture du réseau 4G appelé LTE (Long Term Evolution of 3G) où le seul élément présent dans le réseau d’accès est l’eNodeB, qui réalise certaines fonctions du RNC.  Par ailleurs, même si l’interface entre RNC et 3G-SGSN (c’est-à-dire interface IuPs) s’appuyait initialement sur un transport ATM, l’évolution met en œuvre aujourd’hui un transport GE.  De même, alors qu'initialement les NodeB et les RNCs étaient interfacés par des liens ATM au début des déploiement de la 3G, la tendance est d'assurer l'interfonctionnement via GE. 3-Evolution du domaine paquet mobile vers une architecture plate
  • 41. GGSN SGSN RNC Node B SGSN GGSN RNC Node B SGSN GGSN Node B RNC R7, Direct Tunnel R7, Direct Tunnel RNC &Node B intégré R6 Plan contrôle Plan Usager Figure 3: Evolution du domaine paquet mobile vers une architecture plate 3-Evolution du domaine paquet mobile vers une architecture plate
  • 42. Notons toutefois que le Direct Tunnel ne peut pas être utilisé dans les scénarii suivants: 1. Si l’usager est dans un réseau visité, le SGSN doit être présent sur le plan usager pour le comptage des octets envoyés et reçus par l’usager et pour les reversements/compensation entre opérateurs. 3-Evolution du domaine paquet mobile vers une architecture plate
  • 43. 2. Si l’usager est relié par un accès 2G au SGSN, ce dernier ne peut pas fonctionner en mode direct tunnel. Ce mode est réservé au cas où l’usager est pris en charge par un accès 3G (NodeB/ RNC). 3. Le GGSN ne supporte pas le protocole GTPv1. Avec le protocole GTPv0 il n’est pas possible de fonctionner selon le mode direct tunnel car le protocole GTPv0 ne sait pas dissocier le plan contrôle du plan usager. 3-Evolution du domaine paquet mobile vers une architecture plate
  • 44. Evolutions du réseau GPRS dans le contexte de l'accès 3G/3G+ 1 - Le réseau GPRS dans le contexte 3G 2 - Contexte PDP 3 - Evolution du domaine paquet mobile vers une architecture plate 4 - Etablissement de contexte PDP primaire 5 - Routage et transfert de données 6 - Etablissement de contexte PDP secondaire par le réseau 7 - Réactivation du RAB (Radio Access Bearer) pour l’émission de paquets IP 8 - Réactivation du RAB pour la réception de paquets IP
  • 45. NOTION DE QOS  Définition du RAB: Définition d’attributs de qualité de service négociés entre usager et réseau cœur sur l ’interface radio et Iu Notions importantes:  Délai de transfert de l ’info  Variation du délai de transfert  Tolérance aux erreurs de transmission
  • 46. NOTION DE QOS  Classes de service:  Conversationnel (phonie, visiophonie, jeux)  Streaming (écoute de pgmes audio/vidéo, transfert FTP)  Interactif (messagerie vocale, navigation WEB, e-commerce)  Background (fax, email)  Débit max / débit garanti  Taille des informations  Taux d ’erreur  Délai de transfert  Priorité
  • 47. NOTION DE QOS  ACTIONS DE L ’UTRAN  Choix du codage canal  Dimensionnement des ressources radio et configuration des protocoles radio (laissé libre au constructeur)
  • 48. 4 - Etablissement de contexte PDP primaire  Pour échanger (envoyer et recevoir) des paquets IP via le réseau UMTS, l'UE doit activer un contexte PDP (Figure 4).  L’activation de contexte PDP constitue donc la deuxième étape après la procédure d’attachement de l'UE au réseau UMTS.  La procédure d’activation de contexte PDP (PDP Context Activation) déclenchée par l'UE, lui permet d’être connue de l’entité GGSN concernée.  La procédure décrite considère un mode de fonctionnement sans direct tunnel.
  • 49.  (1) Au cours de cette procédure, l'UE communique au 3G- SGSN via la commande SM Activate PDP Contexte Request, le point d’accès au réseau externe auquel il souhaite se connecter (c’est-à-dire l’APN), le type d'adresse IP qu’il souhaite obtenir, appelé PDP Type (IPv4 ou IPv6) et la QoS requise.  (2) Le SGSN traduit à l'aide du DNS l'APN en l'adresse IP d'un GGSN qui supporte l'APN, puis émet une demande d'établissement d'un tunnel réseau à ce GGSN, appelé Create PDP Contexte Request. Les paramètres fournis par l'UE sont inclus ainsi que son MSISDN. 4 - Etablissement de contexte PDP primaire
  • 50.  (3) Une négociation de qualité de service est engagée. Le GGSN alloue une adresse IP du type demandé (IPv4 ou IPv6) et la retourne dans la réponse Create PDP Context Response ainsi que la QoS négociée.  (4) Le SGSN doit maintenant demander au RNC d'établir un RAB entre l'UE et le SGSN. Le RAB est constitué d'un tunnel radio entre l'UE et le RNC et d'un tunnel d'accès entre le RNC et le 3G-SGSN. Un contexte PDP est donc l'agrégation des tunnels radio, accès et réseau. 4 - Etablissement de contexte PDP primaire
  • 51.  (5)Une fois le RAB établi par le RNC, le 3G-SGSN peut retourner à l'UE la confirmation d'établissement du contexte PDP via le message SM Activiate PDP Context Accept.  L'UE peut donc commencer à émettre et recevoir des paquets IP.  Entre l'UE et le 3G-SGSN sont échangés des messages de signalisation du protocole SM (Session Management). Entre le 3G- SGSN et le GGSN le protocole de signalisation est GTP-C (GPRS Tunneling Protocol - Control Plane).  Entre le 3G-SGSN et le RNC le protocole de signalisation est RANAP (Radio Access Network Application Part).  Entre le RNC et l'UE est utilisé le protocole de signalisation RRC (Radio Resource Control). 4 - Etablissement de contexte PDP primaire
  • 52. Figure 4 : Etablissement d'un contexte PDP primaire 4 - Etablissement de contexte PDP primaire 3 192.23.24.25
  • 53. Evolutions du réseau GPRS dans le contexte de l'accès 3G/3G+ 1 - Le réseau GPRS dans le contexte 3G 2 - Contexte PDP 3 - Evolution du domaine paquet mobile vers une architecture plate 4 - Etablissement de contexte PDP primaire 5 - Routage et transfert de données 6 - Etablissement de contexte PDP secondaire par le réseau 7 - Réactivation du RAB (Radio Access Bearer) pour l’émission de paquets IP 8 - Réactivation du RAB pour la réception de paquets IP
  • 54. 5 - Routage et transfert de données  Les données de l'usager sont transportées de manière transparente entre la station mobile et le réseau de données externe en utilisant des mécanismes d'encapsulation et de tunneling.  La couche PDCP (Packet Data Convergence Protocol) a deux fonctions principales.  Tout d'abord elle permet d'assurer l'indépendance des protocoles radio de l'UTRAN (couches MAC et RLC) par rapport aux couches de transport réseau. Cette indépendance permettra de faire évoluer les protocoles réseau (par exemple de passer de l'IPv4 à l'IPv6) sans modification des protocoles radio de l'UTRAN.  D'autre part, la couche PDCP offre les algorithmes de compression de données ou d'en tête de paquets de données, permettant un usage plus efficace des ressources radio.
  • 55.  Le transport fiable des données entre deux équipements est assuré par la couche RLC(Radio Link Control).  La couche MAC (Medium Access Control) remplit la fonction de multiplexage des données sur les canaux de transport radio.  Le niveau 1 (PHY) représente le couche physique de l'interface radio. Elle réalise entre autres les fonctions de codage de canal, d'entrelacement et de modulation. 5 - Routage et transfert de données
  • 56.  Soit un paquet IP provenant du core Network, l'en-tête de la N-PDU est compressé par la couche PDCP, c'est à dire remplacé par un en-tête PDCP de taille plus réduite.  Cette nouvelle PDU est ensuite segmentée par la couche RLC, qui ajoute à chaque segment son propre en-tête. La RLC-PDU est alors traitée par la couche MAC, qui ajoute un en-tête lorsqu'un multiplexage est effectué.  GPRS Tunnelling Protocol for the user plane (GTP-U) transporte dans des tunnels les données utilisateur entre l'UTRAN (RNC) et le 3G SGSN et entre les GGSNs dans le réseau GPRS. Le protocole GTP s'appuie sur le transport UDP/IP/AAL5/ATM ou UDP/IP/Gigabit Ethernet. 5 - Routage et transfert de données
  • 57.  Le protocole GTP version 1 utilisé dans le contexte de la 3G sépare le plan de transfert des données utilisateur (GTP-U), du plan de contrôle (GTP-C). 5 - Routage et transfert de données
  • 58.  Si l'UE émet un paquet IP (IP1), ce dernier est transporté sur un tunnel PDCP de l'UE au RNC. Le RNC décapsule le paquet IP (IP1) du paquet PDCP et l'inclut dans un paquet GTPU.  GTP-U est un protocole de niveau application s'appuyant sur UDP/IP. Le paquet IP (IP2) encapsulant le paquet GTP-U/UDP a pour adresse IP source celle du RNC et pour adresse de destination celle du 3G- SGSN. Le paquet IP (IP2) est encapsulé dans une trame GE (Gigabit Ethernet) et délivré au 3G SGSN, destinataire du paquet IP (IP2).  Le 3G-SGSN décapsule le paquet GTP-U et l'inclut dans un autre paquet GTP-U sur UDP/IP. 5 - Routage et transfert de données
  • 59. Au niveau IP, le paquet IP(IP3) a pour adresse source celle du 3G-SGSN et pour adresse de destination celle du GGSN. Le paquet IP est transmis sur une couche liaison de données et physique (L2/L1) qui est généralement GE. Le GGSN décapsule le contenu du paquet IP (IP3) puisqu'il en est le destinataire, puis le contenu du segment UDP puis le contenu du paquet GTP-U, à savoir le paquet IP (IP1) et route ce paquet IP vers sa destination comme l'aurait réalisé tout routeur IP. 5 - Routage et transfert de données
  • 60. 5 - Routage et transfert de données Application L1 IP PDCP RLC MAC L1 PDCP RLC MAC GTP-U UDP/IP GE RELAY GTP-U UDP/IP GE L1 GTP-U UDP/IP L2 RELAY L1 IP GTP-U UDP/IP L2 UE UTRAN 3G-SGSN GGSN Figure 5 : Routage et transfert de données
  • 61. Evolutions du réseau GPRS dans le contexte de l'accès 3G/3G+ 1 - Le réseau GPRS dans le contexte 3G 2 - Contexte PDP 3 - Evolution du domaine paquet mobile vers une architecture plate 4 - Etablissement de contexte PDP primaire 5 - Routage et transfert de données 6 - Etablissement de contexte PDP secondaire par le réseau 7 - Réactivation du RAB (Radio Access Bearer) pour l’émission de paquets IP 8 - Réactivation du RAB pour la réception de paquets IP
  • 62.  Depuis la Release 7, le réseau peut établir un contexte PDP secondaire qui sera associé à un contexte PDP primaire. Les deux contextes PDP partagent la même adresse IP.  Le contexte PDP primaire ne peut être établi que par l ’UE alors que le contexte PDP secondaire peut être établi soit par l ’UE, soit par le réseau.  Le contexte PDP secondaire ne peut pas être établi s ’il n ’existe pas un contexte PDP primaire auquel il sera associé et dont il partagera la même adresse IP mais pas forcément la même QoS.  La figure 6 décrit l'établissement d'un contexte PDP secondaire par le réseau (i.e., le GGSN). 6 -Etablissement de contexte PDP secondaire par le réseau
  • 63. Figure 6 : Etablissement d'un contexte PDP secondaire par le réseau 6 -Etablissement de contexte PDP secondaire par le réseau
  • 64. Evolutions du réseau GPRS dans le contexte de l'accès 3G/3G+ 1 - Le réseau GPRS dans le contexte 3G 2 - Contexte PDP 3 - Evolution du domaine paquet mobile vers une architecture plate 4 - Etablissement de contexte PDP primaire 5 - Routage et transfert de données 6 - Etablissement de contexte PDP secondaire par le réseau 7 - Réactivation du RAB (Radio Access Bearer) pour l’émission de paquets IP 8 - Réactivation du RAB pour la réception de paquets IP
  • 65. 7 -Réactivation du RAB (Radio Access Bearer) pour l’émission de paquets IP  Il est à noter que lorsque l'UE n'a pas de paquets IP à émettre ou recevoir le RAB est automatiquement libéré par le RNC. L'UE passe alors de l'état actif à l'état de repos (idle).  Par contre le tunnel réseau entre le SGSN et le GGSN est maintenu pour une durée qui dépend de l'APN. Cette durée est gérée par le GGSN.  Celle-ci est de plusieurs dizaines de minutes voir de plusieurs heures. Il s'agit alors pour l'UE qui souhaite de nouveau émettre des paquets de réactiver le RAB uniquement.
  • 66. Notion de séparation de niveaux de services indépendants ACCESS STRATUM Fonctions liées au réseau d’accès (UTRAN Universal Terrestrial Radio Access Network)  Gestion des ressources radio  Handover  Chiffrement  Compression  NON ACCESS STRATUM Autres fonctions indépendantes du réseau d’accès  Etablissement d’appel  Signalisation d’appel  Authentification  Gestion des services supplémentaires  Facturation 7 -Réactivation du RAB (Radio Access Bearer) pour l’émission de paquets IP
  • 67.  L ’usager émet un message NAS Service Request transporte de façon transparente jusqu’au 3G-SGSN (Figure 7).  Le message est transporté sur le protocole de signalisation RRC entre l ’UE et le RNC et sur le protocole de signalisation RANAP entre le RNC et le 3G SGSN.  Comme vu précédemment, le 3G-SGSN demande au RNC d'établir le RAB qui correspond à un tunnel de l'UE au 3G-SGSN.  Une fois celui-ci établi, une confirmation est retournée au 3G- SGSN. L ’UE peut émettre des paquets IP.  Le plus important est de minimiser le délai nécessaire pour que l'UE passe de l'état idle à l'état actif. 7 -Réactivation du RAB (Radio Access Bearer) pour l’émission de paquets IP
  • 68. Figure 7 : Réactivation du RAB pour l’émission de paquets IP 7 -Réactivation du RAB (Radio Access Bearer) pour l’émission de paquets IP
  • 69. Evolutions du réseau GPRS dans le contexte de l'accès 3G/3G+ 1 - Le réseau GPRS dans le contexte 3G 2 - Contexte PDP 3 - Evolution du domaine paquet mobile vers une architecture plate 4 - Etablissement de contexte PDP primaire 5 - Routage et transfert de données 6 - Etablissement de contexte PDP secondaire par le réseau 7 - Réactivation du RAB (Radio Access Bearer) pour l’émission de paquets IP 8 - Réactivation du RAB pour la réception de paquets IP
  • 70. 8 - Réactivation du RAB pour la réception de paquets IP Considérons le cas de paquets IP entrants alors que l'UE est dans l'état idle (Figure 8). Le GGSN encapsule les paquets IP entrants dans des paquets GTP-U et les transfère sur le tunnel réseau associé au contexte PDP de l'UE, au SGSN. Ce dernier doit d'abord localiser l'UE avant de demander au RNC approprié l'établissement du RAB pour acheminer les paquets IP à l'UE. Dans l'état idle, l'UE n'informe le 3G-SGSN que lorsque l'UE change de routing area. Or, une routing area peut contenir des NodeB contrôlés par différents RNC.
  • 71. Le 3G-SGSN, réalise donc une opération de Paging sur l'ensemble de la routing area de l'UE. Une fois que l'UE répond à cette demande, il est localisé. Le 3G- SGSN demande alors au RNC approprié d'établir le RAB. Une fois l'opération réalisée, le 3G-SGSN transfère les paquets IP de l'UE sur ce RAB. 8 - Réactivation du RAB pour la réception de paquets IP
  • 72. Figure 8: Réactivation du RAB pour la réception de paquets IP 8 - Réactivation du RAB pour la réception de paquets IP