Redes de Comunicações Móveis

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1 Redes de Móveis Cronologia das redes de comunicações móveis Sistemas de 1ª Geração (Anos ) Rede celular de tecnologia analógica Células de grande dimensão Serviço de voz Sistemas de 2ª Geração (Anos ) Rede celular de tecnologia digital Células de dimensões variáveis Serviços avançados de voz e dados compatíveis com RDIS Sistemas de 3ª Geração (Anos 2003? ) Canais com maior largura de banda Células de dimensões muito variáveis Integração de serviços de voz, dados, imagens, vídeo. Redes de Móveis Com o crescimento do número de utilizadores verificou-se que os sistemas celulares analógicos (sistemas de 1ª geração) não tinham capacidade de resposta para a procura existente. Pelo contrário os sistemas digitais permitem uma melhor gestão e partilha dos recursos o que leva a uma maior capacidade. Para além disso, oferecem uma qualidade mais elevada, pois são mais imunes ao ruído e interferências, permitindo ainda oferecer serviços mais avançados. Assim foram desenvolvidos os sistemas de 2ª geração que fornecem serviços avançados de voz e dados compatíveis com a RDIS. No caso Europeu o sistema adoptado é o GSM (Global System for Mobile Communications) que irá ser apresentado como caso de estudo dos sistemas de comunicações móveis. Os sistemas de 3ª geração irão oferecer maior capacidade (canais de maior largura de banda) e permitirão a integração de serviços de voz, dados, imagens e vídeo. O sistema proposto pela Europa é o UMTS (Universal Mobile Telecommunications System) mas, como se sabe, a entrada deste sistema no mercado tem deparado com dificuldades. Neste período de transição para o UMTS têm surgido novos serviços suportados no GSM, por exemplo o MMS (Multimedia Messaging Service), que podem ser vistos como uma forma de motivar o mercado para a 3ª geração. Bibliografia: Mobile Communications, Jochen Schiller, Addison-Wesley, Ligações: RM - 1

2 Redes de Móveis Princípios básicos dos Sistemas Celulares Utilização de potências pequenas Reutilização de frequências recorrendo a pequenos grupos ( clusters ) de células Seguimento dinâmico da mobilidade do utilizador modificando a atribuição dos canais de rádio Handover Sinalização dentro da banda Difusão por canal comum dos números das unidades móveis chamadas Paging Cluster A1 A5 A2 A4 A6 B1 B5 A3 A7 B2 B4 B6 C1 C5 B3 B7 C2 C4 C6 C3 C7 Célula Exemplo de utilização de clusters constituídos por 7 células Redes de Móveis Cada transmissor cobre uma área idealizada com uma forma hexagonal denominada célula. Na prática as células terão formas irregulares dependendo da geografia do terreno e das condições de propagação. Com o objectivo de poder reutilizar os canais na interface rádio em regiões geográficas diferentes (multiplexagem espacial), as células são agrupadas em pequenos grupos, denominados clusters. Esta estrutura é repetida ao longo da área geográfica coberta pelo sistema, garantindo a mesma separação espacial entre duas quaisquer células que usem os mesmos canais (por exemplo as células A1, B1 e C1 da figura). Esta separação em conjunto com as potências pequenas usadas nos transmissores reduz a interferência entre os canais reutilizados para valores aceitáveis. Para dar resposta ao crescimento do número de utilizadores de uma dada área geográfica que originariam problemas de congestionamento do sistema, é possível subdividir as células dessa área em células mais pequenas, recorrendo a transmissores de menor potência. Desta forma obtém-se um crescimento gradual e adequado do sistema. Devido à mobilidade do utilizador pode ser necessário, para garantir a manutenção de uma qualidade de serviço adequada, alterar o canal rádio atribuído à chamada em causa, atribuindo-lhe um outro canal na célula actual ou numa célula adjacente. A este processo dá-se o nome de handover. Na interface rádio as mensagens de sinalização usam a mesma banda da informação de utilizador. A esta técnica chama-se sinalização dentro da banda. RM - 2

3 Redes de Móveis Técnicas de acesso múltiplo FDMA e TDMA TDMA/FDMA TDMA/FDMA com saltos de frequência e CDMA FDMA TDMA 4 TDMA/FDMA 2 4 Tempo Tempo 3 2 Tempo Frequência TDMA/FDMA c/ saltos Frequência CDMA Frequência 4 2 Tempo Frequência Tempo Frequência 4 Redes de Móveis Nestes sistemas o acesso ao meio é partilhado por várias utilizadores. Existem três formas básicas de gerir o acesso ao meio, o FDMA (Frequency Division Multiple Access), o TDMA (Time Division Multiple Access) e o CDMA (Code Division Multiple Access). Em FDMA utiliza-se uma multiplexagem por divisão das frequências. Neste caso a cada canal de utilizador é atribuída uma dada banda de frequências na ligação rádio durante a chamada. Em TDMA recorre-se a uma multiplexagem por divisão do tempo. Neste caso todos os utilizadores usam a mesma largura de banda mas o recurso tempo é partilhado. A cada utilizador é atribuído, durante a chamada, um determinado intervalo de tempo de um conjunto possível. No caso das redes móveis estes intervalos de tempo são denominados bursts. Em TDMA/FDMA as duas técnicas são combinadas. O espectro de frequências é subdividido em várias bandas usando em cada uma partilha do recurso tempo. Desta forma procura-se maximizar o número de comunicações a decorrer em simultâneo. Em TDMA/FDMA com saltos de frequência os bursts de informação dos utilizadores são espalhados nas frequências segundo um padrão de saltos previamente estabelecido. Uma vez que as condições de propagação dependem da frequência utilizada poderia haver diferenças significativas da qualidade dos canais conforme a frequência utilizada para cada um. Com esta técnica consegue-se que os vários utilizadores a partilhar o meio tenham canais de qualidade semelhante. Em CDMA para cada sinal de utilizador emitido utiliza-se um código pseudo-aleatório distinto cujo efeito é espalhar o espectro do sinal por toda a banda de frequências disponível para a comunicação. Os sinais assim obtidos dos vários utilizadores são enviados em simultâneo no canal. Na recepção cada utilizador extrai o seu sinal de entre todos os outros recorrendo a uma descodificação que usa o mesmo código da emissão. RM - 3

4 Redes Móveis - GSM Cronologia do desenvolvimento do sistema Estabelecimento do grupo GSM (Global System for Mobile Communication) Adopção da lista de recomendações a produzir Testes de campo relativos às técnicas a usar na interface rádio Escolha do modo de acesso TDMA/FDMA Validação do sistema Lançamento comercial do serviço GSM Alargamento do grupo GSM; cobertura de grandes cidades e aeroportos Cobertura dos principais eixos rodoviários; início de actividade fora da Europa Cobertura das zonas rurais Redes de Móveis O GSM é o sistema de comunicações móveis de 2ª geração adoptado na Europa. Nos Estados Unidos coexistem dois sistemas de 2ª geração, nomeadamente o sistema TDMA segundo a norma IS-136 e o sistema CDMA segundo a norma IS-95. Este facto teve como consequência a existência de áreas geográficas cobertas por sistemas distintos o que dificulta a cobertura global, ao contrário da Europa que adoptou um sistema único. Presentemente o sistema GSM está já disponível em mais de 120 países o que permite um roaming muito alargado. RM - 4

5 Redes Móveis - GSM Serviços Teleserviços Serviço telefónico móvel e nº de emergência Fax grupo 3, Correio de Voz, Correio Electrónico, SMS (Short Message Service), MMS (Multimedia Messaging Service) Serviços de transporte de dados (Bearer Services) Síncronos (2400, 4800 ou 9600 bit/s) Assíncronos ( bit/s) GPRS (General Packet Radio Service) Suporta WAP (Wireless Application Protocol) HSCSD (High Speed Circuit Switched Data) Serviços suplementares Barramento de Chamadas, Chamada em Espera, Desvio de Chamadas, Informação de Saldo, Identificação da Chamada Recebida, Envio de Identificação, Roaming, Grupo Fechado de Utilizadores,... Redes de Móveis Os serviços fornecidos são divididos em três domínios: Teleserviços: permitem a comunicação via terminais móveis podendo ser serviços de voz ou não; Serviços de transporte de dados: permitem a transferência de dados de utilizador entre dois pontos de acesso; Serviços suplementares: serviços adicionais aos serviços básicos e que não podem ser fornecidos de forma autónoma. O serviço MMS pode ser entendido como uma extensão do serviço SMS, pois para além da transferência de texto permite a transferência de imagens, vídeo, voz e áudio. Alguns dos formatos suportados são JPEG, GIF, texto, AMR Voice (Adaptive Multi-Rate speech codec) e vídeo H.263. O GPRS é um serviço orientado à transferência de pacotes seguindo os mesmos princípios das redes de comutação de pacotes. Para suportar este serviço na rede móvel uma parcela dos recursos ( slots ) disponíveis na interface rádio é atribuída, a pedido, para a transferência de pacotes. Além disso é necessário utilizar um protocolo adequado para a gestão da partilha destes recursos. Desta forma o serviço GPRS pode coexistir com os outros serviços orientados às conexões. O aparecimento deste serviço está directamente relacionado com a expansão e sucesso da Internet. O protocolo WAP é utilizado sobre o serviço GPRS para se aceder à Internet. O serviço HSCSD pode ser visto como uma extensão dos serviços de transporte de dados fornecendo canais bidireccionais de débito mais elevado, que podem ter fluxos diferentes nos dois sentidos. No entanto, como este serviço é orientado às conexões não se revela eficiente para a transferência de dados provenientes de redes de comutação de pacotes. RM - 5

6 Redes Móveis - GSM Arquitectura global da rede AUC NSS Outras redes (PSDN, ISDN PSTN, PLMN) VLR HLR EIR GMSC MSC... A... OSS BSS BSC BSS BSS BTS BTS MS A bis U m BTS SIM NSS Network and Switching Subsystem BSS Base Station Subsystem OSS Operation and Support Subsystem MS Mobile Station Redes de Móveis O sub-sistema NSS é responsável por gerir as comunicações entre utilizadores móveis e também entre estes e utilizadores e outras redes (móveis ou fixas). Além disso contém bases de dados com informação relativa aos utilizadores que são utilizadas para gerir a mobilidade dos mesmos. O sub-sistema BSS interliga os terminais móveis (MS) sob seu controlo com o sub-sistema NSS. Tem como função principal gerir todos os aspectos relativos à comunicação rádio com os termináveis móveis, para além de intervir na gestão da mobilidade dos utilizadores ao nível dos mecanismos de handover. O sub-sistema OSS interliga-se com os sub-sistemas NSS e BSS por forma a controlar e monitorizar todo o sistema. Algumas das funções realizadas são a monitorização de tráfego, a produção de relatórios relativos às várias entidades do sistema e a tarifação. RM - 6

7 Redes Móveis - GSM O sub-sistema NSS (Network and Switching Subsystem) MSC (Mobile Services Switching Centre) GMSC (Gateway Mobile Services Switching Centre) HLR (Home Location Register) VLR (Visitor Location Register) AUC (Authentication Centre) AUC EIR (Equipment Identity Register) NSS VLR HLR EIR GMSC MSC... A... Redes de Móveis O centro de comutação de serviços (MSC) é a componente fundamental do NSS. Executa a função de comutação e também estabelece a ligação a outras redes recorrendo a um nó de interconexão (GMSC). O MSC controla vários BSS, sendo a ligação com estes através de uma interface A normalizada com canais de utilizador a 64 kbit/s. O HLR é uma base de dados que contém informação relativa aos utilizadores da área de subscrição controlada por um MSC. Entre outros aspectos inclui informação sobre a localização actual dos utilizadores sob seu controlo, bem como uma descrição dos serviços a que os mesmos podem ter acesso. O VLR é uma base de dados dinâmica associada a um MSC que contém informação dos utilizadores que visitam a área sob controlo desse MSC. Quando um utilizador entra numa área coberta por um MSC diferente do seu MSC de origem (onde reside o HLR relativo a esse utilizador), é transferida informação relativa a esse utilizador do seu HLR para o VLR da área onde entrou. No HLR do utilizador é também actualizada a sua nova localização. Estes procedimentos permitem que o VLR contenha informação dos serviços subscritos pelos utilizadores visitantes sem ter necessidade de estar permanentemente a interrogar os respectivos HLR. O AUC é um registo que fornece os parâmetros necessários para as funções de autenticação e encriptagem. Estes parâmetros são utilizados para a verificação da autenticidade do utilizador. O EIR é um registo que contém informação sobre os equipamentos móveis através de uma lista com os identificadores IMEI (International Mobile Equipment Identity) dos terminais registados na rede válidos e também dos bloqueados. Desta forma é possível impedir chamadas provenientes de terminais roubados ou não autorizados. RM - 7

8 Redes Móveis - GSM O sub-sistema BSS (Base Station Subsystem ou Base Station) BTS (Base Transceiver Station) Controla os aspectos da transmissão de sinais na interface rádio. BSC (Base Station Controller) Controla um grupo de estações base. A BSC A bis BTS BTS BSS BTS U m Redes de Móveis A estação base (BTS) está normalmente localizada no centro de uma célula e a sua potência emitida define o tamanho da célula. É responsável pelo controlo dos aspectos de transmissão relativos à interface rádio U m. Entre estes salientam-se os aspectos de modulação e desmodulação, controlo de potências, processamento de sinal para transmissão e encriptagem para garantia do sigilo da comunicação dos utilizadores no meio partilhado. Efectua também medidas relativas à comunicação rádio. O controlador da estação base (BSC) controla um grupo de estações base, comunicando com estas através de uma interface normalizada A bis com débito de 16 kbit/s ou 64 kbit/s por canal de utilizador. Entre outros aspectos o BSC é responsável pela atribuição dos canais rádio, pelo controlo de potências, pelo controlo do mecanismo de saltos de frequência e como se verá, participa na gestão do processo de handover. RM - 8

9 Redes Móveis - GSM O terminal móvel (MS) Terminal Fixo (em veículos) com potência de saída máxima de 8 W Terminal Portátil com potência de saída máxima de 2 W SIM (Subscriber Identity Module) PIN (Personal Identification Number) PUK (PIN Unblocking Key) IMSI (International Mobile Subscriber Identity) TMSI (Temporary Mobile Subsciber Identity) MSRN (Mobile Station Roaming Number) MS U m SIM Redes de Móveis Há dois tipos de terminais móveis conforme a sua potência de saída máxima e aplicação, os terminais portáteis de baixa potência e os terminais para instalação em veículos, de potência mais elevada. Cada terminal fica identificado pelo cartão SIM. A inserção deste cartão no terminal torna-o operacional e o utilizador passa a ter acesso aos serviços subscritos. Uma das vantagens do cartão é permitir a personalização do terminal, isto é, o utilizador pode trocar livremente de terminal e continuar a ter acesso aos serviços contratados. No entanto, como se sabe também é possível bloquear os terminais para funcionar apenas com determinado operador. O cartão SIM é protegido por um número secreto PIN, com quatro dígitos, que também é conhecido pelo centro de autenticação (AUC). Com base neste código secreto e a partir de um algoritmo cifrado denominado A3, o centro de autenticação e o terminal móvel calculam uma sequência de 32 bits. Se as duas sequências geradas forem iguais o utilizador é aceite e são verificados os serviços que estão subscritos. O cartão SIM contém ainda um código PUK, a identificação internacional do utilizador IMSI e informação dinâmica, nomeadamente o identificador de localização actual, a identificação temporária do utilizador TMSI usada na interface rádio e o endereço de roaming MSRN. Este último endereço é gerado, em resposta de um pedido do terminal móvel, pelo VLR associado ao MSC da área de localização do terminal móvel, sendo também guardado no HLR referente ao terminal. Entre outras informações o MSRN contém o código do país visitado e o código do país destino. RM - 9

10 Redes Móveis - GSM O mecanismo de Handover Quatro casos possíveis Dentro da mesma célula Entre células controladas pelo mesmo BSC Entre células de do mesmo MSC mas controladas por BSC diferentes Entre células controladas por MSC diferentes MS MS MS MS BTS BTS BTS BTS BSC BSC BSC MSC MSC Redes de Móveis O mecanismo de handover é essencialmente controlado pelos centros de comutação de serviços (MSC). No entanto, nos dois primeiros casos referidos acima o controlo é feito pelo controlador de estação base (BSC) envolvido, sendo o respectivo MSC apenas notificado da ocorrência do handover. O terminal móvel é um elemento activo no processo de handover pois está programado para monitorizar o nível de potência recebida da estação base onde está ligado e também das células vizinhas, que lhe são indicadas por uma lista enviada pela estação base. Estas medidas são reenviadas para a estação base e, em conjunto com outras medidas associadas à qualidade da ligação (taxas de erros nas ligações ascendente e descendente) irão permitir escolher qual a melhor célula para manter a qualidade adequada da comunicação. Normalmente o mecanismo de handover tem a ver com a manutenção da qualidade da ligação. No entanto, em certos casos pode ser desencadeado pelo MSC por questões de equilíbrio de tráfego. Assim, quando o tráfego de uma determinada célula é demasiado elevado o MSC pode desencadear, se for possível, o handover de alguns terminais móveis dessa célula para outras células menos carregadas. RM - 10

11 Redes Móveis - GSM A Interface Rádio U m FDD para separação das ligações descendente e ascendente Acesso ao meio em cada ligação por TDMA/FDMA com saltos de frequência Modulação GMSK Redes de Móveis Na interface U m as ligações descendente (da estação base para o terminal) e ascendente ocupam bandas de frequência diferentes. A esta técnica dá-se o nome de FDD (Frequency Division Duplex). Em cada uma das ligações o acesso ao meio recorre a TDMA/FDMA com saltos de frequência. Assim a banda de cada ligação é dividida em 124 canais com largura de banda de 200 khz. Em cada um destes canais estão disponíveis 8 slots temporais cada um com uma duração de 577 µs. Desta forma dispõe-se na interface rádio de 124x8 canais full duplex. Para se garantir uma qualidade semelhante para todos os canais da interface rádio utiliza-se o mecanismo de saltos de frequência segundo uma sequência comum conhecida da estação base e dos terminais. Cada slot é composto por um burst de 148 bits e por um tempo de guarda no início e no fim. Este serve essencialmente para evitar a sobreposição com outros bursts que poderia ocorrer devida aos atrasos de propagação diferentes devidos às diferentes distâncias entre a estação base e os terminais que usam slots adjacentes. Na figura apresenta-se a situação normal em que o burst transmite dados do utilizador e informação de sinalização. O bit S indica se o campo de dados contém informação do utilizador ou informação de sinalização. A sequência de treino permite adaptar os parâmetros do receptor às características do canal de propagação. Para além do burst normal estão ainda definidos outros quatro tipos de bursts. Um para corrigir a frequência rádio usada pelo terminal móvel, outro para ajuste da sincronização temporal dos slots, outro para transferência de informação na fase inicial de estabelecimento de uma conexão e finalmente outro que é utilizado quando não há dados disponíveis para enviar. RM - 11

12 Da figura conclui-se que o débito transmitido por cada portadora rádio é de aproximadamente 270 kbit/s e cada canal físico TDM tem um débito de aproximadamente 33,8 kbit/s. No sistema GSM a modulação escolhida é GMSK. A modulação MSK é uma modulação semelhante a FSK na qual o sinal modulado em frequência apresenta continuidade de fase. O desempenho desta modulação em termos de probabilidade de erro é idêntico à modulação QPSK. A utilização de um filtro gaussiano, que distingue o GMSK do MSK, permite confinar a largura de banda do sinal modulado, obtendo-se assim um espectro mais compacto. Desta forma reduz-se muito a interferência entre os espectros das portadoras moduladas adjacentes. Finalmente é ainda interessante referir que o sistema de rádio-frequência do terminal móvel tem um funcionamento half-duplex, o que significa que a recepção e a emissão nunca ocorrem em simultâneo. Esta técnica permite que não seja necessário duplicar o sistema de rádio-frequência do terminal, usando-se então o mesmo sistema que funciona como emissor e como receptor em tempos distintos. Para que isto seja possível é introduzido um atraso temporal de 3 slots (3 577 µs) entre a recepção e a emissão. Como este atraso é muito pequeno, do ponto de vista do utilizador o sistema tem um desempenho full-duplex. RM - 12

13 Redes Móveis - GSM Canais Lógicos da Interface Rádio TCH (Traffic Channel) BCCH (Broadcast Control Channel) Canal unidireccional da estação base para todos os terminais da célula que inclui informações várias e dois sub-canais, um para correcção da frequência do terminal e outro para ajuste da sincronização temporal. CCCH (Common Control Channel) Neste canal é enviada informação para o estabelecimento da conexão entre a estação base e o terminal móvel, destacando-se dois sub-canais ( paging e acesso aleatório). DCCH (Dedicated Control Channel) Canal bidireccional que inclui três sub-canais relativos ao estabelecimento e monitorização do canal de tráfego e ao mecanismo de handover. Redes de Móveis No canal TCH é transferida a informação do utilizador (voz, fax, dados, etc.), estando definidos para os teleserviços dois tipos de canais com débitos de 22,8 kbit/s e 11,4 kbit/s. No canal BCCH a estação base envia informações várias para todos os terminais, como a identificação da célula, as opções para os saltos de frequência na célula, as frequências disponíveis na célula e nas células vizinhas. Os dois sub-canais incluídos permitem enviar informação para o terminal corrigir a frequência do canal rádio e também para ajustar a sincronização temporal dos slots na trama TDMA. No canal CCCH a estação base utiliza o sub-canal de paging para difundir os números dos terminais móveis chamados. Por sua vez, todos os terminais recorrem a um canal comum de acesso aleatório para tentar comunicar com a estação base no sentido de estabelecer uma conexão. Neste canal podem ocorrer colisões entre os pedidos dos vários terminais sendo por isso implementado um protocolo de acesso que procura resolver estes conflitos. Enquanto não está estabelecido um canal de tráfego TCH, no canal bidireccional DCCH entre BTS e MS é utilizado um canal de sinalização de baixo débito para trocar mensagens relativas aos processos de autenticação e de estabelecimento de um canal TCH. Após o estabelecimento do canal TCH recorre-se a um canal de sinalização associado, denominado lento, onde se troca informação relativa à qualidade da comunicação (medidas de potência e taxas de erros). No caso de ser necessário proceder a um handover utiliza-se então um canal de sinalização associado, denominado de rápido, que permite trocar com rapidez a informação necessária a este processo. Neste caso são utilizados slots temporais do canal TCH que numa situação normal transportariam informação do utilizador. RM - 13

14 Redes Móveis - GSM Quadro resumo das características técnicas (GSM 900) Banda na ligação descendente Banda na ligação ascendente Número de portadoras em cada ligação Espaçamento entre portadoras Técnica de acesso ao meio Técnica de espalhamento nas frequências Número de canais TDM por portadora Número de canais físicos em cada ligação Débito transmitido por portadora Modulação Codificação de voz Potência máxima emitida pelo terminal portátil Dimensão das células (raio) 890 a 915 MHz 935 a 960 MHz khz TDMA/FDMA Saltos de frequência (8 124) 270 kbit/s GMSK RPE-LTP a 13 kbit/s 2 W 0,3 a 35 km Redes de Móveis O codificador/descodificador ( codec ) de voz utilizado no sistema GSM é denominado RPE-LTP (Regular Pulse Excitation Long-Term Prediction). Neste codificador utilizam-se amostras do passado para obter uma predição linear da amostra actual. Como resultado o sinal de voz é codificado com um débito de 13 kbit/s. É implementada ainda uma funcionalidade de transmissão descontínua DTX (Discontinuous Transmissão) na qual se suspende a transmissão rádio durante os períodos de silêncio duma conversação. Estes períodos correspondem a aproximadamente 50 a 60% do tempo de conversação. Este método ajuda a reduzir ainda mais a interferência entre canais na interface rádio e também contribui para melhorar a autonomia do terminal móvel. No entanto, durante estes períodos a saída áudio produzida no terminal móvel seria o silêncio o que poderia dar ao utilizador a impressão de que a ligação tinha sido terminada. Para resolver este problema o terminal gera localmente durante os períodos de silêncio um ruído, denominado ruído de conforto, para que o utilizador não tenha a impressão de que a ligação foi terminada. Os dados apresentados na tabela dizem respeito ao sistema GSM 900. O sistema GSM 1800 utiliza os mesmos princípios do GSM 900. No entanto, a banda alocada em cada sentido é três vezes maior (75 MHz para cada ligação) e as células podem ser mais pequenas. Os terminais actuais são dual-band podendo por isso operar em qualquer uma das bandas (900 ou 1800). RM - 14

15 Redes Móveis - UMTS Serviços e aplicações Classes de tráfego Distinção fundamental: tempo-real e não tempo-real Definição de atributos associados às classes Débitos até 384 kbit/s no modo de comutação de circuitos e até 2 Mbit/s no modo de comutação de pacotes. Traffic class Conversational class Streaming class Interactive class Background class Fundamental characteristics Example of the application Real Time Real Time Best Effort Best Effort Preserve time Preserve time Request response Destination is not relation (variation) relation (variation) pattern expecting the data between information between information Preserve payload within a certain time entities of the stream entities of the stream content Preserve payload Conversational content pattern (stringent and low delay ) voice streaming video web browsing telemetry, s Redes de Móveis A rede UMTS (Universal Mobile Telecommunication System) fornece teleserviços (como voz e SMS) e serviços de transporte (Bearer Services) que permitem a transferência de informação entre pontos de acesso. É possível negociar as características dos serviços de transporte na fase de estabelecimento da conexão ou sessão e também no decurso das mesmas. Podem ter-se serviços orientados à conexão ou não orientados à conexão e comunicações nas configurações ponto a ponto e ponto a multiponto. Aos serviços estão associados parâmetros de qualidade de serviço, salientando-se entre outros o atraso máximo de transferência, a variação do atraso de transferência, os débitos máximos e garantidos e a taxa de erros de bit. Dado que existem vários tipos de serviços, com qualidades de serviço distintas, que são suportados pela rede optou-se pela definição de quatro classes de tráfego que permitem que a rede forneça aos serviços a qualidade negociada. A distinção principal entre as classes é estarem associadas ou não a serviços de tempo-real, como se indica na tabela acima. RM - 15

16 Redes Móveis - UMTS Arquitectura global Três domínios Core Network (CN) UMTS Terrestrial Radio Access Network (UTRAN) User Equipment (UE) Uu Iu USIM Nó B Nó B RNC MSC/ VLR GMSC PLMN, PSTN ISDN, etc Cu Iub Iur HLR ME UE Nó B Nó B RNC UTRAN SGSN GGSN CN Internet Outras redes Redes de Móveis A rede UMTS está dividida nos três domínios indicados na figura (CN, UTRAN e UE). A rede core (CN) tem como função principal a comutação e encaminhamento da informação dos utilizadores e subdivide-se em dois domínios. Um para a comutação de circuitos (Circuit Switched CS), que consiste no MSC/VLR e numa gateway GMSC para as redes de comutação de circuitos, tal como vimos para o caso do GSM. O outro domínio é para comutação de pacotes (Packet Switched Ps) baseada no GPRS. Consiste num nó de suporte de GPRS, denominado Serving GPRS Support Node (SGSN), e numa gateway para as redes comutação de pacotes, denominada Gateway GPRS Support Node (GGSN). Alguns elementos de rede como EIR, HLR, VLR e AUC são partilhados pelos dois domínios. A transmissão na rede core usa Asynchronous Transfer Mode (ATM) com níveis de adaptação dedicados ao modo de circuitos e ao modo de pacotes. O domínio UTRAN é responsável pela gestão da interface rádio com o equipamento móvel sendo constituído pela estação base, designada por Nó B, que é controlada pelo Radio Network Controller (RNC). Como se vê na figura, o mesmo RNC pode controlar vários Nós B. Também na figura estão indicadas as várias interfaces normalizadas definidas, sendo a mais interessante a interface Uu que diz respeito ao acesso rádio com o equipamento móvel do utilizador. Como se verá a técnica de acesso escolhida para a interface rádio é Wideband Code Division Multiple Access (WCDMA) combinado com Frequency Division Duplex (FDD), isto é, existem duas bandas de frequência distintas, uma para o uplink e outra para o downlink. A opção Time Division Duplex será também possível no futuro. RM - 16

17 Redes Móveis - UMTS Funções do Nó B Transmissão / Recepção dos sinais rádio Modulação / Desmodulação Codificação no canal físico com a técnica WCDMA Monitorização de taxa de erros no canal físico Diversidade Controlo de potência em malha fechada Redes de Móveis As questões relativas à diversidade e ao controlo de potência serão abordadas mais à frente. RM - 17

18 Redes Móveis - UMTS Funções do RNC Controlo dos recursos rádio Controlo de admissão Alocação de canais Comando do controlo de potência Controlo dos mecanismos de handover Diversidade Encriptação Segmentação e reassemblagem Difusão de sinalização Controlo de potência em malha aberta Redes de Móveis RM - 18

19 Redes Móveis - UMTS Canais lógicos na interface rádio Broadcast Control Channel (BCCH), DL Paging Control Channel (PCCH), DL Dedicated Control Channel (DCCH), UL/DL Common Control Channel (CCCH), UL/DL Dedicated Traffic Channel (DTCH), UL/DL Common Traffic Channel (CTCH), Unidirectional (one to many) Nota: DL Downlink ; UL Uplink Redes de Móveis Tal como no GSM, no UMTS são definidos vários canais lógicos associados ao tráfego do utilizador ou a informação de controlo. Estes canais lógicos são mapeados em canais de transporte e estes por sua vez são mapeados em canais físicos da interface rádio. Os canais lógicos BCCH, PCCH e CTCH são unidireccionais enquanto e os canais DCCH, CCCH e DTCH são bidireccionais. RM - 19

20 Redes Móveis - UMTS Terminal móvel UE Extensão dos identificadores já usados no GSM International Mobile Subscriber Identity (IMSI) Temporary Mobile Subscriber Identity (TMSI) Packet Temporary Mobile Subscriber Identity (P-TMSI) Temporary Logical Link Identity (TLLI) Mobile station ISDN (MSISDN) International Mobile Station Equipment Identity (IMEI) International Mobile Station Equipment Identity and Software Number (IMEISV) Redes de Móveis Na rede UMTS o terminal móvel pode operar em três modos distintos. No modo PS/CS onde pode fornecer simultaneamente serviços nos dois domínios PS e CS. No modo PS onde apenas fornece serviços neste domínio e finalmente no modo CS onde fornece serviços neste domínio. No entanto, o modo CS não impede que se forneçam serviços do tipo PS como é o caso de voz sobre IP (VoIP). O cartão usado no UMTS apresenta as mesmas características físicas do cartão SIM usado no GSM e suporta as funcionalidades seguintes: Suporte de um User Service Identity Module (USIM) com opção para mais do que um Suporte de um ou mais perfis de utilizador no USIM Possibilidade de actualização de informação específica no USIM pela interface rádio Funções de segurança Autenticação do utilizador Opção de inclusão de métodos de pagamento Opção para o download seguro de novas aplicações RM - 20