Μελέτη Μελλοντικού UMTS Δικτύου (4G) Με IP Διασύνδεση...

Μελέτη Μελλοντικού UMTS Δικτύου (4G)

Με IP Διασύνδεση στο Core Network

Βλάσιος Β. Κακαβέτσος

Επιβλέπων : Γ. Οικονόμου Καθηγητής

Συνεργαζόμενος Καθηγητής: Λούβρος Σπυρίδων

ΠΑΤΡΑ ΔΕΚΕΜΒΡΙΟΣ 2007

Αφιέρωση

Την εργασία αυτή την αφιερώνω στην γυναίκα μου Βίκυ

και στα δύο μου παιδιά, Μαρία και Παΐσιο καθώς και

στο αγέννητο κοριτσάκι μου, που και αυτό ακόμα το επιβάρυνα

με τις σπουδές μου.

Ευχαριστίες

Με το πέρας αυτής της εργασίας αισθάνομαι πολύ συγκινημένος και θέλω να

ευχαριστήσω όλους οι οποίοι συνέβαλαν να τελειώσω αυτό το μεταπτυχιακό, το

οποίο με την χάρη του Θεού φέρνω τώρα εις πέρας.

Πρώτον πρέπει να μνημονεύσω την σύζυγό μου Βίκυ η οποία έδειξε μεγάλη

κατανόηση και με γενναιότητα αντιμετώπισε και τα δικά μου οικογενειακά βάρη,

μόνη της.

Δεύτερον να ευχαριστήσω την μητέρα μου για την πολύτιμη βοήθειά της και την

στήριξη που μου παρέχει και

Τρίτον να ευχαριστήσω όλους τους καθηγητές μου με τους οποίους είχα

πραγματικά μια ανθρώπινη σχέση. Ειδικά τους κ. Λούβρο και Οικονόμου που σαν

επιβλέποντες της παρούσας, με κατεύθυναν σωστά.

Τέλος νιώθω έντονη την ανάγκη να ευχαριστήσω ειδικά τον καθηγητή κ. Σπύρο

Φωτόπουλο για την πολύ μεγάλη συμπαράστασή του, ο οποίος ξεχωρίζει και

διακρίνεται, όχι μόνο σαν επιστήμονας, αλλά και σαν άνθρωπος, πράγμα που

είναι δυσεύρετο στην εποχή μας.

Ξυλόκαστρο 5-11-2007

ΠΙΝΑΚΑΣ ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΩΝ

ΕΙΣΑΓΩΓΗ........................................................................................................................................... 11 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1Ο .................................................................................................................................... 42 1.1 ΓΕΝΙΚΑ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΗΚΑ ΚΑΙ ΚΑΤΗΓΟΡΙΕΣ ΤΟΥ UMTS .................................. 42 1.1.1 ΤΙ ΕΊΝΑΙ ΤΟ UMTS .................................................................................................................... 42 1.1.2 ΦΆΣΜΑ ΓΙΑ ΤΟ UMTS ............................................................................................................... 48 1.1.3 ΤΙ ΜΠΟΡΕΊ ΝΑ ΠΡΟΣΦΈΡΕΙ ΤΟ ΣΎΣΤΗΜΑ UMTS .................................................................. 51 1.1.4 ΕΠΊΣΗΣ ΤΟ UMTS ΜΠΟΡΕΊ ΝΑ ΠΡΟΣΦΈΡΕΙ: ........................................................................ 51 1.2 ΑΡΧΙΤΕΚΤΟΝΙΚΗ ΤΟΥ UMTS ΔΙΚΤΥΟΥ ΚΑΙ ΠΡΩΤΟΚΟΛΛΑ ....................................................... 57 1.2.1 ΑΡΧΙΤΕΚΤΟΝΙΚΗ ΤΟΥ UMTS ................................................................................................... 57 1.2.2 UMTS ΈΚΔΟΣΗ 2000 (ΈΚΔΟΣΗ 4 ΚΑΙ ΈΚΔΟΣΗ 5) ............................................................. 61 UMTS ΈΚΔΟΣΗ 4 ............................................................................................................................... 61 UMTS ΈΚΔΟΣΗ 5 ............................................................................................................................... 62 1.2.3 Η ΓΕΝΙΑ 3,5................................................................................................................................ 63 1.2.4 ΑΝΑΛΥΣΗ ΚΟΜΒΩΝ ΚΑΙ ΔΙΕΠΑΦΩΝ ........................................................................................ 64 1.2.5 CΟRE NETWORK ........................................................................................................................ 67 1.3 ΜΕΤΑΔΟΣΗ ΔΕΔΟΜΕΝΩΝ ΣΤΟ UMTS ........................................................................................ 77 1.3.1 ΜΕΤΑΔΟΣΗ ΠΑΚΕΤΩΝ ΣΤΟ UTRAN ........................................................................................ 79 1.3.2 ΠΡΩΤΟΚΟΛΛΑ ΣΤΟ UMTS .................................................................................................. 81 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2O ................................................................................................................................... 85 TCP/IP - MOBILE IPV6 ................................................................................................................ 85 2.1 ΣΥΝΤΟΜΗ ΠΑΡΟΥΣΙΑΣΗ ΤΟΥ TCP/IP ΠΡΩΤΟΚΟΛΛΟΥ ............................................................. 85 2.2 ΑΝΑΛΥΣΗ ΤΩΝ ΕΠΙΠΕΔΩΝ .......................................................................................................... 89 2.3 ΤΟ ΤCP ΠΡΩΤΟΚΟΛΛΟ ................................................................................................................ 93 TCP HEADER ....................................................................................................................................... 93 2.3.1 ΤΡΌΠΟΣ ΛΕΙΤΟΥΡΓΊΑΣ............................................................................................................... 97 2.3.1.1 ΈΝΑΡΞΗ - ΤΡΙΜΕΡΉΣ ΧΕΙΡΑΨΊΑ / 3-WAY HANDSHAKE ..................................................... 97 2.3.1.2 ΜΕΤΑΦΟΡΆ ΔΕΔΟΜΈΝΩΝ ...................................................................................................... 99 2.3.1.3 ΈΛΕΓΧΟΣ ΡΟΉΣ ...................................................................................................................... 99 2.3.1.4 ΈΛΕΓΧΟΣ ΣΥΜΦΌΡΗΣΗΣ ..................................................................................................... 100 2.3.1.5 ΤΕΡΜΑΤΙΣΜΌΣ ...................................................................................................................... 101 2.4 ΤΟ ΙΡ ΠΡΩΤΟΚΟΛΛΟ ................................................................................................................. 101 2.4.1 ΔΙΕΥΘΥΝΣΕΙΣ, ΤΡΟΠΟΣ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑΣ..................................................................................... 104 2.4.1.1 DOMAIN NAMES .................................................................................................................... 104 2.4.1.2 DYNAMIC ΚΑΙ STATIC ΔΙΕΥΎΝΣΕΙΣ IP ................................................................................ 105 2.4.1.3 DYNAMIC ΙP .......................................................................................................................... 105 2.4.1.4 STATIC IP .............................................................................................................................. 106 2.4.2 ΕΚΔΟΣΕΙΣ IP ........................................................................................................................... 106 2.4.2.1 IPV4 ....................................................................................................................................... 107 2.4.2.2 IPV5 ...................................................................................................................................... 107 2.4.2.3 IPV6 ..................................................................................................................................... 108 2.5 ΤΙ ΜΠΟΡΕΊ ΝΑ ΠΡΟΣΦΈΡΕΙ ΤΟ MOBILE IPV6 ......................................................................... 113 2.6 ΠΡΟΒΛΉΜΑΤΑ ΠΟΥ ΑΝΤΙΜΕΤΩΠΊΖΟΝΤΑΙ .............................................................................. 119 2.7 ΙΔΙΑΙΤΕΡΌΤΗΤΕΣ ΤΩΝ ΚΙΝΗΤΏΝ ΔΙΚΤΎΩΝ ΑΠΌ ΠΛΕΥΡΆΣ NETWORK LAYER...................... 120 2.8 ΒΑΣΙΚΈΣ ΟΡΟΛΟΓΊΕΣ ................................................................................................................. 122 2.9 ΔΟΜΈΣ ΔΕΔΟΜΈΝΩΝ ................................................................................................................ 124 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3Ο ................................................................................................................................. 127 ALL IP UMTS ΒΕΛΤΙΩΣΕΙΣ ΣΤΗΝ ΑΡΧΙΤΕΚΤΟΝΙΚΗ ............................................................ 127 ΕΙΣΑΓΩΓΗ ........................................................................................................................................... 127

3.1 ΜΕΙΟΝΕΚΤΗΜΑΤΑ ΤΩΝ ΣΗΜΕΡΙΝΩΝ ΔΙΚΤΥΩΝ UΜΤS ........................................................... 128 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3Ο ΜΕΡΟΣ Α ............................................................................................................. 130 ALL IP UMTS ΑΡΧΙΤΕΚΤΟΝΙΚΗ ............................................................................................... 130 3.2 ALL IP UMTS ΑΡΧΙΤΕΚΤΟΝΙΚΗ ............................................................................................ 130 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3Ο ΜΕΡΟΣ Β ............................................................................................................. 141 ΣΧΕΔΙΑΣΤΙΚΕΣ ΠΡΟΤΑΣΕΙΣ ΣΤΟ WCDMA ΔΙΚΤΥΟ.............................................................. 141 3.3 ΣΧΕΔΙΑΣΤΙΚΕΣ ΠΡΟΤΑΣΕΙΣ ΣΤΟ WCDMA ΔΙΚΤΥΟ................................................................. 141 3.4 ΠΡΟΤΕΙΝΟΜΕΝΗ ΑΡΧΙΤΕΚΤΟΝΙΚΗ CORE NETWORK............................................................. 142 3.5 ΤΟ CIRCUIT SWITCHED DOMAIN ΣΤΟ WCDMA CN ........................................................... 147 3.5.1 MSC SERVER (SOFTSWITCH) ................................................................................................. 147 3.5.2 GATEWAY MSC SERVER (GMSC SERVER) .......................................................................... 147 3.5.3 MOBILE MEDIA GATEWAY (M-MGW) ................................................................................. 147 3.5.4 SERVING GPRS SUPPORT NODE (SGSN) ............................................................................ 147 3.5.5 GATEWAY GPRS SUPPORT NODE (GGSN) .......................................................................... 148 3.5.6 HOME LOCATION REGISTER (HLR) ..................................................................................... 148 3.5.7 AUTHENTICATION CENTRE (AUC) ........................................................................................ 148 3.5.8 EQUIPMENT IDENTITY REGISTER (EIR) .............................................................................. 149 3.5.9 FLEXIBLE NUMBER REGISTER (FNR) .................................................................................. 149 3.5.10 Ο MSC (MSC, GMSC, TSC, STP) ..................................................................................... 150 3.5.11 ΛΕΙΤΟΥΡΓΊΕΣ ΜSC SERVER ................................................................................................. 150 3.5.12 ΔΙΑΧΕΊΡΙΣΗ ΣΎΝΔΕΣΗΣ ....................................................................................................... 151 3.5.13 ΔΙΑΧΕΊΡΗΣΗ ΚΙΝΗΤΙΚΌΤΗΤΑΣ............................................................................................ 152 1. ΠΕΡΙΑΓΩΓΗ .................................................................................................................................... 152 2. ΑΣΦΑΛΕΙΑ ...................................................................................................................................... 152 3.5.14 ΑΠΑΙΤΗΣΕΙΣ ΔΙΚΤΥΟΥ (CHARGING) ............................................................................ 153 3.5.15 TΗΛΕ-ΥΠΗΡΕΣΊΕΣ ΣΤΟΝ MSC SERVER ........................................................................... 153 3.5.16 Η GATEWAY MSC SERVER (GMSC SERVER) ........................................................... 153 3.5.17 TRANSIT SWITCHING CENTER SERVER (TSC) ....................................................... 154 3.5.18 M – MGW (MEDIA GATEWAY ΓΙΑ ΚΙΝΗΤΆ ΔΊΚΤΥΑ) ................................................... 154 3.6 PACKET SWITCHED DOMAIN ΤΟΥ WCDMA CN ........................................................ 157 3.6.1 SERVING GPRS ΚΌΜΒΟΣ ΥΠΟΣΤΉΡΙΞΗΣ, SGSN ............................................................. 158 3.6.2 ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΚΌΤΗΤΑ ΤΟΥ SGSN ΚΌΜΒΟΥ .............................................................................. 159 3.6.3 GATEWAY GPRS SUPPORT NODE (GGSN) .................................................................. 161 3.6.4 GGSN ARCHITECTURE ..................................................................................................... 167 3.6.5 GGSN HARDWARE ............................................................................................................. 168 3.7 ΣΥΝΈΝΩΣΗ ΚΑΙ ΔΙΑΧΕΙΡΙΣΗ ΚΟΜΒΩΝ GSN ............................................................................ 168 3.7.1 GSN CONFIGURATION MANAGER ......................................................................................... 168 3.7.2 ΚΌΜΒΟΣ IGSN (INTERNET GPRS SUPPORT NODE) .......................................................... 170 3.7.3 ΠΡΩΤΌΚΟΛΛΟ SΙΡRAN ........................................................................................................ 173 3.7.4 ΠΛΕΟΝΕΚΤΉΜΑΤΑ .................................................................................................................. 173 3.8 CORE NETWORK PROTOCOLS ........................................................................................ 175 3.8.1 SS7 ΣΗΜΑΤΟΔΟΣΙΑ ΣΤΗΝ HLR ............................................................................................. 176 3.8.2 HLR INTERFACES .............................................................................................................. 178 3.9 MOBILE INTELLIGENT NETWORK (MOBILE IN)..................................................... 180 3.9.1 SCF............................................................................................................................................ 182 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3Ο ΜΕΡΟΣ Γ.............................................................................................................. 183 ΑΡΧΙΤΕΚΤΟΝΙΚΗ ΕΠΙΠΕΔΩΝ ..................................................................................................... 183 3.10 ΑΡΧΙΤΕΚΤΟΝΙΚΗ ΕΠΙΠΕΔΩΝ ......................................................................................... 183 3.11 SOFT SWITCHING ................................................................................................................ 187 3.11.1 ΠΛΕΟΝΕΚΤΗΜΑΤΑ ΤΟΥ SOFTSWITCH ............................................................................. 188 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3Ο ΜΕΡΟΣ Δ ............................................................................................................. 190

IP ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ – ΑΝΑΛΥΣΗ IMS ΑΡΧΙΤΕΚΤΟΝΙΚΗΣ .......................................................... 190 3.12 ΠΡΩΤΌΚΟΛΛΑ IP ΕΦΑΡΜΟΓΉΣ ΣΕ WCDMA/GSM PACKET-SWITCHED NETWORK ..... 190 3.13 IP ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ – ΑΝΑΛΥΣΗ IMS ΑΡΧΙΤΕΚΤΟΝΙΚΗΣ ........................................................... 191 3.13.1 HOME-VISITED-INTERWORKING ......................................................................................... 192 3.13.2 ΑΝΆΛΥΣΗ ΙΜS ΑΡΧΙΤΕΚΤΟΝΙΚΉΣ ...................................................................................... 193 3.13.3 P-CSCF .................................................................................................................................. 198 3.13.4 ΕΓΓΡΑΦΉ ΣΤΗΝ ΠΕΡΙΟΧΉ ΙΜS ΣΕ ΕΠΊΠΕΔΟ ΕΦΑΡΜΟΓΉΣ .............................................. 198 (APLICATION LEVEL REGISTRATION WITH IMS) .......................................................................... 198 3.13.5 ΕΝΕΡΓΟΠΟΊΗΣΗ ΥΠΗΡΕΣΊΑΣ (SERVICE ACTIVATION) ..................................................... 198 3.13.6 IMS ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΚΟΊ ΚΌΜΒΟΙ - ACTUAL PRODUCTS ........................................................... 199 3.13.7 ΥΠΗΡΕΣΊΕΣ ............................................................................................................................ 202 3.14 IP CONNECTIVITY...................................................................................................................... 206 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3Ο ΜΕΡΟΣ Ε ............................................................................................................. 206 ΥΛΟΠΟΙΗΣΗ ΕΝΟΣ ΚΑΘΑΡΟΥ ΙΡ ΔΙΚΤΥΟΥ ΚΟΡΜΟΥ............................................................. 206 3.14.1 IP-ΑΡΧΙΤΕΚΤΟΝΙΚΉ ΣΤΟ CORE NETWORK .......................................................................... 207 3.15 ΤΟ MOBILE PACKET BACKBONE .............................................................................................. 207 3.16 ΥΛΟΠΟΙΗΣΗ ΜΕ SITES ............................................................................................................. 213 3.17 LOGICAL NETWORKS ................................................................................................................ 215 3.17.1 ΑΝΤΙΣΤΟΊΧΙΣΗ ΤΩΝ LOGICAL NETWORKS ΣΕ VPNS ......................................................... 216 3.18 ΠΟΛΥΠΛΟΚΟΤΗΤΑ ΚΑΙ ΕΥΕΛΙΞΙΑ ΤΟΥ ΔΙΚΤΥΟΥ .................................................................... 217 3.19 QUALITY OF SERVICE ............................................................................................................... 218 3.20 OVERPROVISIONING ............................................................................................................... 218 3.21 ADMISSION CONTROL .............................................................................................................. 218 3.22 ΔΙΑΦΟΡΙΚΕΣ ΥΠΗΡΕΣΙΕΣ ......................................................................................................... 219 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3Ο ΜΕΡΟΣ ΣΤ ........................................................................................................... 220 ΜΕΘΟΔΟΛΟΓΙΑ ΠΑΡΟΥΣΙΑΣΗΣ - ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ ............................................................... 220 3.23 ΜΕΘΟΔΟΛΟΓΙΑ ΠΑΡΟΥΣΙΑΣΗΣ - ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ ............................................................... 220

Περίληψη

Σήμερα η mobility και το Internet είναι οι πιο δυναμικές περιοχές στις

τηλεπικοινωνίες, που έχουν συναντηθεί τόσο σε επίπεδο core network, όσο και σε

επίπεδο υλοποίησης. Η υποστήριξη των νέων end-user υπηρεσιών καθώς και η

κοινή τεχνολογία (all over IP), είναι οι οδηγοί της έρευνας και των εξελίξεων

σήμερα. Από την άλλη, οι ΙΡ multimedia εφαρμογές παίζουν σημαντικότατο ρόλο

στην καθημερινή μας ζωή.

Έτσι η νέα τεχνολογία all over IP, είναι η αρχή του οράματος των multimedia

backbone networks.

Προς αυτήν την κατεύθυνση κινείται η παρούσα εργασία στην οποία γίνεται

εκτενής αναφορά στο νέο δίκτυο κορμού, σύμφωνα με τα ΙΡv4 και ΙΡv6

πρωτόκολλα, για την υποστήριξη των ΙΜS λειτουργιών.

Έτσι λοιπόν στην παρούσα πτυχιακή εργασία ακολούθησα τα ακόλουθα στάδια

μελέτης:

Μελέτησα την αρχιτεκτονική του UMTS και ανέλυσα όλες τις εκδόσεις

του.

Μετά προέβην στην ανάλυση του air interface του WCDMA και των

πρωτοκόλλων που χρησιμοποιεί. Τα αποτελέσματα αυτής της μελέτης

παρουσιάζονται στο τέλος της μελέτης αυτής στο παράρτημα Α.

Μετά ασχολήθηκα με το TCP/IP πρωτόκολλo, τα mobile IP πρωτόκολλα

και τις δυνατότητες που μπορούν να προσφέρουν. Αυτό ήταν αναγκαίο για

να πάρω μια εικόνα της λειτουργίας αυτών που χρησιμοποιούνται άμεσα

σήμερα στο All IP UMTS που αποτελεί το κύριο μέρος της ανάλυσής μου

και περιλαμβάνει τα ακόλουθα:

Στην συνέχεια προέβην στην μελέτη της layer αρχιτεκτονικής του δικτύου

και ανάλυση της νέας Mobile Softswitch αρχιτεκτονικής στο WCDMA CS

Domain.

Μετά βελτίωσα την αρχιτεκτονική του δικτύου με την ενοποίηση των δύο

κόμβων SGSN και GGSN σε έναν πολυλειτουργικό με την ονομασία IGSN.

Αυτό εξυπηρετεί και το επόμενο βήμα την ΙΜS αρχιτεκτονική.

Σχεδίασα την αρχιτεκτονική για τις υπηρεσίες πολυμέσων, IMS, και την

προσαρμογή της στο ΙΡ core network.

Σχεδίασα το κεντρικό δίκτυο και το backbone core network βασισμένα στα

ΙΡ πρωτόκολλα.

Ανέλυσα το ΙΡ backbone core network και τις φυσικές οντότητες που το

αποτελούν[sites].

Και τέλος προέβην στην δημιουργία ενός αμιγούς δικτύου backbone μόνο

με δομικές μονάδες –sites, βασισμένες στο ΙΡ, για την εξυπηρέτηση των

πολυμεσικών εφαρμογών.

Την πλειονότητα των προτάσεών μου, αποτελούν πολύ σύγχρονες

αρχιτεκτονικές που θα αρχίσουν να εφαρμόζονται πολύ σύντομα.

Abstract

Third generation systems have already been launched in many countries of the

World enabling a new way of person-to-person communications: multimedia

communications enhanced with high quality images, audio and video. The access

to information and services on public and private networks will be enhanced by

the higher data rates and new business opportunities seem to be possible.

Although the mobile market moves towards saturation in terms of population

penetration and capacity bottlenecks are common problems, UMTS networks

seem a good solution for mobile operators providing additional spectrum

capacity and enabling high revenue-generating services.

Investments in UMTS licenses and UMTS infrastructure so far sum up to

tremendous amounts worldwide and this creates additional pressure on Mobile

Network Operators (MNOs) to aggressively push UMTS technology and advanced

services.

Mobility and the Internet, the two most dynamic forces in communications today,

meet in the design and implementation of the mobile core network.

Support for new end-user services and a common transport technology are the

main drivers of integration of IP technology into our systems. The IP multimedia

application plays a special role in providing these new enduser services. IP

transport technology addresses the vision of multiservice backbone networks,

based on a single network layer technology.

Many designers like Ericsson, provides complete solutions and products to

support deployment of new IP-based services and transport networks. Moreover,

Ericsson flexible core network architecture allows operators to address these

drivers in an independent way.

The main parts of this Msc describe how the requirements for the two main

drivers for IP technology are met in the mobile core network. Paying special

attention to support for the IP multimedia application, the authors describe how

support for IP applications is implemented. They then describe how IP transport

technology can be supported, including site configurations and specific issues like

quality-of-service and network redundancy.

However, even today, there is no clear indication of the real customer needs

either we are referring to a consumer or a company. Therefore, the scope of this

work is:

To investigate and sum up the opportunities for mobile operators that 3G

encompasses

To make a description of capabilities and limitations of the new 3G, WCDMA and

IP technology. A reference also to potential services and applications for

consumers and business market segments is made.

Πανεπιστήμιο Πατρών -11- ΔΜΠΣ: Ηλεκτρονική και Επεξεργασία της Πληροφορίας

Εισαγωγή

Οι συνεχώς αυξανόμενες απαιτήσεις των χρηστών για προηγμένες υπηρεσίες και

μεγαλύτερες ταχύτητες πρόσβασης οδήγησαν τους σημαντικότερους διεθνής

τηλεπικοινωνιακούς οργανισμούς τυποποίησης (ITU – International

Telecommunications Union http://www.itu.int/home/ - και ETSI - European

Telecommunications Standards Institute http://www.etsi.org), στις αρχές της

δεκαετίας του 1990, στην έναρξη του σχεδιασμού των δικτύων τρίτης γενιάς

(3G). H ITU αναφέρεται στα δίκτυα αυτά με την ονομασία IMT-2000

(International Mobile Telecommunications 2000), ενώ η ETSI με την ονομασία

UMTS (Universal Mobile Telecommunications System) (http://www.umts-

forum.org/).

Βασικός στόχος των δικτύων αυτών είναι να προσφέρουν στο χρήστη ταχύτητες

μέχρι 2Mbps ώστε να του δώσουν τη δυνατότητα να χρησιμοποιήσει εφαρμογές

που μέχρι τώρα, λόγω κυρίως της περιορισμένης ταχύτητας, ήταν αδύνατο να

προσφερθούν (π.χ., γρήγορη πρόσβαση στο διαδίκτυο, τηλεδιάσκεψη, κ.α.).

Η τεράστια ανάπτυξη του Internet, και ειδικότερα του πρωτοκόλλου IP

(http://www.IETF.org/), έχει οδηγήσει τους βασικούς οργανισμούς

προτυποποίησης τηλεπικοινωνιών (ITU και ETSI), να υιοθετήσουν τη χρήση του

ως βασικού μέσου για τη διακίνηση δεδομένων στα κινητά δίκτυα τρίτης γενιάς.

Η τάση αυτή αναφέρεται συχνά και σαν IP-based ή All-IP λύση. Αυτό είναι και το

θέμα που επικεντρώνεται η παρούσα μελέτη.

Με τη χρήση της τεχνολογίας IP στην τηλεφωνία, θα μπορεί κανείς να συνδεθεί

γρήγορα σε δίκτυα IP, οποιαδήποτε στιγμή το θελήσει. Το IP θεωρείται ότι θα

μπορέσει να υποστηρίξει όλους τους τύπους δεδομένων, αλλά και πολλές

εφαρμογές πραγματικού χρόνου, συμπεριλαμβανομένης και της φωνής. Η

εφαρμογή φωνής πάνω από ΙΡ (Voice over IP—VoIP) έχει ποικίλα

πλεονεκτήματα σε σχέση με την παραδοσιακή τηλεφωνία. Για τους διαχειριστές

δικτύου σημαίνει μικρότερο κόστος στον εξοπλισμό και στη διαχείριση του

δικτύου. Επίσης, το VoIP, σε συνδυασμό με τεχνικές για την καταστολή των

διαστημάτων σιωπής, μπορεί να οδηγήσει σε ένα μεγάλο κέρδος στο εύρος


ζώνης, σε σχέση με αυτό που καταλαμβάνεται για μία συνδιάλεξη με τις

υπάρχουσες συνδέσεις PCM στα 64 Kbps. Αυτό θα οδηγήσει με τη σειρά του σε

χαμηλότερο κόστος τηλεπικοινωνιών για τους τελικούς χρήστες. Τέλος, η χρήση

συνόδων IP από άκρο-σε-άκρο, με το μεγάλο διαθέσιμο εύρος ζώνης που θα

παρέχεται από το UMTS, ανοίγει το δρόμο στους κινούμενους τελικούς χρήστες

για ένα εντελώς καινούργιο σύνολο από υπηρεσίες πολυμέσων, όπως η

τηλεδιάσκεψη, τα συστήματα ατομικής καθοδήγησης, και τα δικτυακά παιχνίδια.

Προβλέπεται έτσι ότι οι κινητές τηλεπικοινωνίες θα εμπλουτιστούν με

ενοποιημένες υπηρεσίες πολυμέσων, οι οποίες θα συνδυάζουν όλα ή κάποια από

τα παρακάτω πολυμέσα:

Ήχο: ομιλία, μουσική, κλπ.

Γραφικά: στατικά ή κινούμενα (animation).

Εικόνες: φωτογραφίες ή video.

Κείμενο

Δεδομένα: αρχεία ηλεκτρονικών υπολογιστών

Αυτές οι υπηρεσίες πιστεύεται ότι θα αποτελέσουν κίνητρα για τη χρήση του

συστήματος UMTS. Η χρήση της ίδιας τεχνολογίας (δηλ. των υπηρεσιών IP) σε

δίκτυα σταθερών και σε κινητών τηλεπικοινωνιών, διευκολύνει τη συνεργασία

καθώς και τη διαδικασία ενοποίησης αυτών των τύπων δικτύου. Παράλληλα, η

διαδικασία ανάπτυξης και δημιουργίας καινούργιων υπηρεσιών παρέχεται με

έναν συνεπή και αμετάβλητο τρόπο, ανεξάρτήτο από τον τύπο του

χρησιμοποιούμενου δικτύου.


Εικόνα 1 Απαιτούμενες ταχύτητες μετάδοσης εφαρμογών

Το IMT-2000 (International Mobile Telecommunications-2000) είναι ο

παγκόσμιος συντονισμένος ορισμός των 3G ασύρματων συστημάτων από την

ITU (International Telecommunication Union) που καλύπτει βασικά ζητήματα

όπως η χρήση φάσματος συχνότητας και τα τεχνικά πρότυπα. Τα πρότυπα του

ITU IMT-2000 αναπτύσσονται με δεδομένα από τις περιφερειακές οργανώσεις

προτύπων, συμπεριλαμβανομένου του European Telecommunication Standards

Institute (ETSI), του Telecommunications Industry Association (TIA) στις

Ηνωμένες Πολιτείες, του Association of Radio Industry and Business (ARIB)

στην Ιαπωνία και του Telecommunication Technology Association (TTA) στην

Κορέα.

Αυτοί οι περιφερειακοί οργανισμοί έχουν προτείνει τα πρότυπα IMT-2000

λαμβάνοντας υπόψη τα περιφερειακά ιδιαίτερα ζητήματα όπως η εξέλιξη από τα

ήδη υπάρχοντα 2G συστήματα και η τρέχουσα κατανομή φάσματος.


Δύο διεθνείς οργανισμοί έχουν ιδρυθεί για να επιλύσουν τις διαφορές μεταξύ

αυτών των περιφερειακών προτάσεων. Ο Third Generation Partnership Proposal

(3GPP) λειτουργεί για να τυποποιήσει τις προτάσεις από τους ETSI, ARIB και

TTA σε ένα ενιαίο πρότυπο που καλείται WCDMA (Wideband Code Division

Multiple Access). Η ευρωπαϊκή πρόταση για το IMT-2000 είναι το UMTS

(Universal Mobile Telecommunications System).

Το UMTS είναι ένα πρωτοποριακό σύστημα που βασίζεται στο ήδη υπάρχων

GSM. Οι υπηρεσίες πακέτων δεδομένων (PS) του UMTS είναι βασισμένες στο

πλαίσιο υπηρεσιών 2.5G GSM General Packet Radio Service (GPRS). Το 3GPP2

επιπλέον τυποποιεί τις προτάσεις από τους ΤΙΑ και ΤΤΑ σε ένα ενιαίο πρότυπο

που καλείται CDMA2000. Η βορειοαμερικανική πρόταση του CDMA2000

επηρεάζεται από τα ζητήματα συμβατότητας των υπαρχόντων IS-95 CDMA

συστημάτων και από τις υπάρχουσες κατανομές συχνότητας.

Ο επιθυμητός στόχος των 3G ασύρματων συστημάτων είναι η παροχή

ασύρματων υπηρεσιών δεδομένων με ρυθμούς δεδομένων από 144 έως 384 kbps

σε περιοχές ευρείας κάλυψης, και 2 Mbps σε περιοχές τοπικής κάλυψης. Πιθανές

εφαρμογές είναι η βασισμένη στον παγκόσμιο ιστό ασύρματη πρόσβαση,

ηλεκτρονικό ταχυδρομείο, καθώς επίσης και οι τηλεσυνεδριάσεις και οι

υπηρεσίες πολυμέσων που παρέχουν συνεχή ροή φωνής και δεδομένων. Τα 3G

ασύρματα πρότυπα σχεδιάζονται με σκοπό να υποστηρίξουν ποίκιλες εφαρμογές

και υπηρεσίες.

Η πρόοδος στις ασύρματες επικοινωνίες έχει εξαρτηθεί και επηρεάζεται από

διάφορους παράγοντες συμπεριλαμβανομένης της καταναλωτικής ζήτησης, της

εταιρικής αύξησης, τις εφευρέσεις της τεχνολογίας και την εφαρμογή τους και

της πολιτικής στρατηγικής των διάφορων χωρών και των περιοχών.

Η ιστορία των κινητών ασύρματων επικοινωνιών μπορεί να διαιρεθεί σε

διαφορετικές φάσεις της τεχνολογικής ανάπτυξης. Οι διαφορετικές αυτές φάσεις

της εξέλιξης της ασύρματης τηλεπικοινωνίας περιλαμβάνουν τις διάφορες γενεές

των συστημάτων αυτών. Εν συντομία, αυτές είναι οι ακόλουθες:

Συστήματα κινητών επικοινωνιών πρώτης γενιάς (1G First-generation cellular

systems). Αυτά ήταν τα απλούστερα δίκτυα επικοινωνίας που επεκτάθηκαν στη

δεκαετία του '80 και βασίστηκαν στην τεχνολογία μετάδοσης της αναλογικής


διαμόρφωσης συχνότητας (FM). Όμως τα συστήματα αυτά είχαν προβλήματα

όπως αυτό της ασυνέπειας, της απώλειας σήματος, και του χαμηλού εύρους

ζώνης, και έτσι μπορούσαν να εξυπηρετούν μόνο μια περιορισμένο αριθμό

πελατών.

Εικόνα 2 Γενιά 2, 75G

Ως πρώτη γενιά (1G) χαρακτηρίστηκε η αναλογική τεχνολογία κινητής

τηλεφωνίας, ενώ ως δεύτερη γενιά (2G) η ψηφιακή τεχνολογία που ακολούθησε.

Τεχνολογίες όπως το GSM, TDMA και CDMA αποτελούν τρέχουσες τεχνολογίες

μετάδοσης δεδομένων στα δίκτυα δεύτερης γενιάς. Υπάρχουν βέβαια και

τεχνολογίες που προσφέρουν υψηλότερες ταχύτητες στα δίκτυα δεύτερης γενιάς

όπως αυτή του GPRS που αποκαλείται 2.5G αλλά και η πολλά υποσχόμενη

τεχνολογία EDGE που έχει ήδη ονομαστεί χαρακτηριστικά 2.75G,

υποδηλώνοντας μια ενδιάμεση μεταβατική γενιά πριν το 3G.

Τα συστήματα κινητών επικοινωνιών δεύτερης γενιάς (2G και 2.5G)

ήταν τα πρώτα που εφάρμοσαν τις ψηφιακές τεχνολογίες μετάδοσης όπως η

Πολλαπλή Μετάδοση Διαίρεσης Χρόνου (TDMA :Time Division Multiple Access)


για μετάδοση φωνής και δεδομένων. Ο ρυθμός μετάδοσης της πληροφορίας ήταν

της τάξης των δεκάδων kbits/s. Άλλα παραδείγματα της τεχνολογίας δεύτερης

γενιάς ήταν τα συστήματα Πολλαπλής Μετάδοσης Διαίρεσης Συχνότητας

(FDMA) και Πολλαπλής Μετάδοσης Διαίρεσης Κωδικά (CDMA).

Οι επόμενες τεχνολογικές εφαρμογές ορίστηκαν ως 2.5 γενιά (2.5G). Αυτά τα

συστήματα, που περιέλαβαν το GSM (Global System for Mobile

Communications) και GPRS (General Packet Radio Service), έχουν μεγαλύτερο

ρυθμό και εύρος ζώνης μετάδοσης δεδομένων. Η υλοποίηση του GPRS είναι

αρκετά πιο ακριβή από αυτή του HSCSD.

Επίσης, το HSCSD συμπεριφέρεται με μεγαλύτερη συνέπεια σε εφαρμογές

πραγματικού χρόνου. Παρόλα αυτά η τεχνολογία GPRS προσφέρει πολύ

μεγαλύτερες δυνατότητες για την αποστολή δεδομένων μέσω των κινητών

δικτύων. Είναι σίγουρο πλέον πως η αύξηση της κίνησης δεδομένων στα κινητά

δίκτυα, καθιστά την GPRS τεχνολογία αναπόσπαστο στοιχείο ενός συστήματος

κινητής τηλεφωνίας. Τέλος, η τρίτη και τελευταία βελτίωση του GSM

προκειμένου να εξελιχθεί σε ένα δίκτυο γενιάς 2,5 είναι η EDGE. Η βασική ιδέα

πίσω από το EDGE είναι μία τεχνική διαμόρφωσης που ονομάζεται Eight-Phase

Shift Keying (8PSK). Αυτή η τεχνική επηρεάζει μόνο το λογισμικό των σταθμών

βάσης και προσφέρει έως και τριπλάσιο ρυθμό μετάδοσης από το βασικό ρυθμό

μετάδοσης του GSM. Επιπλέον, μπορεί να συνυπάρξει με την τεχνική

διαμόρφωσης Gaussian Minimum Shift Keying (GMSK) η οποία χρησιμοποιείται

στη βασική μορφή του GSM.

Τα συστήματα κινητών επικοινωνιών τρίτης γενιάς (3G), εφαρμόζονται σήμερα

σε μερικές χώρες της Ευρώπης και της Άπω Ανατολής. Έχουν μέγιστο ρυθμό

μετάδοσης ψηφίων 2Mbits/s (Mbps) και προσφέρουν υπηρεσίες μεταγωγής

πακέτου (packet-switched) καθώς επίσης και υπηρεσίες μεταγωγής κυκλώματος

(circuit-switched). Οι νέες αυτές υπηρεσίες έχουν χαρακτηριστικά όπως

φιλικότητα προς το χρήστη και βελτιωμένη απόδοση για τη μεταφορά

δεδομένων, της φωνής και βίντεο. Παραδείγματα Συστημάτων Κινητών

Επικοινωνιών Τρίτης Γενιάς (3G) αποτελούν το Παγκόσμιο Σύστημα Κινητής

Τηλεπικοινωνίας (UMTS), το Ασύρματο Πρωτόκολλο Εφαρμογών (3GWAP), και

το CDMA-2000.


Το WCDMA ή Wideband Code Multiple Division Access, έχει ήδη επιλεχθεί ως το

πρωτόκολλο τρίτης γενιάς, που θα χρησιμοποιηθεί στην Ευρώπη, Ιαπωνία και

στις ΗΠΑ. Σε αντίθεση με προηγούμενες τεχνολογίες που βασίζονται σε

μετάδοση δεδομένων πάνω από απευθείας σύνδεση των δύο μερών (circuit-

switched), οι τεχνολογίες που ανήκουν στην ομάδα τρίτης γενιάς βασίζονται σε

υψηλής ταχύτητας μετάδοση δεδομένων μοιρασμένων σε πακέτα (packet-

switched). Η τεχνολογία αυτή στηρίζεται στα γνωστά δίκτυα GSM ενώ το

WCDMA (Wideband-CDMA) είναι ικανό να επιτύχει ταχύτητες μετάδοσης έως

και 2Mbps! Στα άμεσα επερχόμενα δίκτυα τρίτης γενιάς όμως, ο συνδυασμός του

WCDMA με τις υπό διάθεση συσκευές θα είναι ικανός να προσφέρει στον τελικό

χρήστη ταχύτητες έως και 384Kbps, οι οποίες όμως είναι αρκετές για να

μετατρέψουν το κινητό σε μια ασύρματη συσκευή πολυμέσων.

Πλεονεκτήματα 3G

Τα πλεονεκτήματα της τεχνολογίας τρίτης γενιάς είναι τόσα πολλά, που θα

χρειαστούν πολλές ακόμη σελίδες κειμένου, ώστε να περιγραφούν αναλυτικά.

Ωστόσο, πιστεύουμε ότι είναι σημαντικό να απαριθμήσουμε (τουλάχιστον) τα

σημαντικότερα οφέλη της τεχνολογίας 3G:

Οι βίντεο-κλήσεις είναι χωρίς αμφιβολία μια από τις πιο πολυσυζητημένες

υπηρεσίες των δικτύων 3G. Πλέον, εκτός από το να ακούτε το συνομιλητή

σας θα μπορείτε και να τον... απολαμβάνετε ζωντανά στην οθόνη του

κινητού σας. Φυσικά, θα πρέπει να έχετε τόσο εσείς, όσο και ο

συνομιλητής σας κάποια συμβατή συσκευή, αλλά και αρκετή όρεξη... ώστε

να εμφανιστείτε μπροστά από μια κάμερα.

Οι υψηλές ταχύτητες ασύρματης μεταφοράς δεδομένων είναι ένα ακόμη

από τα πλεονεκτήματα των δικτύων 3G. Η σύνδεση στο Internet εκτός

από άμεση και απρόσκοπτη, θα σας δώσει πλέον και ταχύτητες που

φθάνουν τα 384kbps - ανάλογες δηλαδή με αυτές της σταθερής

τεχνολογίας DSL.


Οι υψηλές ταχύτητες μεταφοράς δεδομένων βοηθούν αρκετά στην πιο

γρήγορη και άμεση χρήση διαφόρων multimedia εφαρμογών. Έτσι, αν

επιχειρήσετε να στείλετε ένα MMS σε κάποιον άλλο συνδρομητή, τότε δεν

θα χρειαστείτε να περιμένετε περισσότερο από 10 δευτερόλεπτα - όταν

στα δίκτυα 2G ο χρόνος αυτός μπορούσε να ξεπεράσει και το 1 λεπτό.

Το video-streaming είναι μια ακόμη από τις υπηρεσίες που παρέχουν τα

δίκτυα 3G. Το αυξημένο bandwidth επιτρέπει τη μετάδοση σε πραγματικό

χρόνο, κινούμενης εικόνας και ήχου υψηλής ανάλυσης. Έτσι, θα

μπορέσετε να παρακολουθήσετε τηλεοπτικά προγράμματα, ζωντανά ή

μαγνητοσκοπημένα, ανεξαρτήτως τόπου και χρόνου.

Υψηλής ποιότητας παιχνίδια, τα οποία θα μπορούν να παίζονται online σε

πραγματικό χρόνο και ταυτόχρονα με άλλους παίκτες.

Υπηρεσίες εύρεσης θέσεως, σε συνδυασμό με την τεχνολογία GPS, οι

οποίες θα μπορούν να παρέχουν χάρτες τη περιοχής που βρισκόμαστε,

εύρεση βέλτιστης διαδρομής προς τον προορισμό μας, γειτονικά σημεία

ενδιαφέροντος κλπ.

Μετά την ευρεία διείσδυση της τεχνολογίας 3G, αναμένεται να διατεθούν ακόμη

περισσότερες υπηρεσίες, όπως μετάδοση τηλεοπτικών εκπομπών και υπηρεσίες

παγκόσμιας περιαγωγής.

Οι κώδικες βοηθούν στην αποφυγή της σύγχυσης

Τα κυψελοειδή δίκτυα λειτουργούν συνήθως με παρόμοιο τρόπο. Όταν

τηλεφωνείτε σε κάποιον, σας εκχωρείται ένα κανάλι για όσο χρονικό διάστημα

διαρκεί η κλήση σας. Όταν στέλνετε δεδομένα μέσω GPRS, το κινητό σας

τηλέφωνο αναζητά ένα κενό κανάλι για να το χρησιμοποιήσει. Με το WCDMA,

κάθε φωνητική κλήση και σύνδεση δεδομένων είναι ένας εκχωρημένος κώδικας

και όχι ένα συγκεκριμένο κανάλι ραδιοσυχνότητας - εξ ου και ο όρος "Code-

Division Multiple Access" (πολλαπλή πρόσβαση διαίρεσης κώδικα). Η συσκευή


που βρίσκεται στην πλευρά του δέκτη γνωρίζει τον κατάλληλο κώδικα και

φιλτράρει αυτόματα οποιαδήποτε δεδομένα δεν επισημαίνονται με αυτόν. Με τη

μέθοδο αυτή απελευθερώνεται πολύς χώρος στο δίκτυο ο οποίος διαφορετικά δεν

θα ήταν διαθέσιμος και ενισχύεται η ασφάλεια.

Ευρεία ζώνη για ταχύτερη ροή δεδομένων

Φανταστείτε ότι αδειάζετε ένα μπουκάλι με νερό. Εάν ο λαιμός του μπουκαλιού

είναι στενός, ακόμη και αν υπάρχει πολύ νερό στο μπουκάλι, η ροή θα είναι τόση

όση επιτρέπει το άνοιγμα του μπουκαλιού. Σε αυτό το σημείο μπαίνει στην

ιστορία το κομμάτι εκείνο του WCDMA που ονομάζεται "Wideband" (ευρεία

ζώνη): μοιάζει περισσότερο με το να αδειάζει κανείς το νερό από ένα βάζο. Δεν

είναι ότι κινούνται γρηγορότερα τα μόρια του νερού (ή bit δεδομένων), αλλά ότι,

σε δεδομένο χρονικό διάστημα, μπορούν να μεταφερθούν πολύ περισσότερα

μόρια.

Το CDMA2000, γνωστό και ως IMT-CDMA Multi Carrier (1X/3X) είναι η

τεχνολογία τρίτης γενιάς (3G), που προέκυψε από την σταδιακή εξέλιξη του

CDMAone. Η συγκεκριμένη τεχνολογία παρέχει στους παρόχους υπηρεσιών

κινητής τηλεφωνίας δεύτερης γενιάς (2G) να αναβαθμίσουν χωρίς προβλήματα

τα δίκτυά τους σε δύο φάσεις. Οι δυνατότητες της πρώτης φάσης περιγράφονται

με το πρότυπο 1X, το οποίο επιτρέπει τη μετάδοση δεδομένων σε ταχύτητες που

φθάνουν τα 144 kbps. Η δεύτερη φάση του CDMA2000 ονομάζεται 3X και

επιτρέπει τη μετάδοση δεδομένων σε ταχύτητες που φθάνουν τα 2 Mbps, αλλά

και την παροχή προηγμένων multimedia υπηρεσιών.

Το IMS επιτρέπει στα δίκτυα κινητής τηλεφωνίας «νέας γενιάς» την παροχή

υπηρεσιών μετάδοσης φωνής και δεδομένων, μέσω της τεχνολογίας IP, που

βασίζεται στη μεταγωγή πακέτων (Packet Switching). To IMS αναλαμβάνει

ουσιαστικά την προσθήκη δύο θεμελιωδών λειτουργιών στα δίκτυα IP: Τον

εντοπισμό ενός χρήστη μέσω SIP, για την έναρξη της μεταφοράς των δεδομένων,

καθώς και την ενσωμάτωση νέων υπηρεσιών στα υπάρχοντα δίκτυα, όπως για


παράδειγμα την τεχνική PTT. Το IMS προσφέρει ένα περιβάλλον φιλικό για την

ανάπτυξη εφαρμογών, το οποίο συμβαδίζει με τις προδιαγραφές του πυρήνα της

IP τεχνολογίας, γεγονός το οποίο εξασφαλίζει την εύκολη ενσωμάτωσή του σε

οποιοδήποτε δίκτυο 2.5G και 3G. Χρησιμοποιώντας το IMS ως βάση,

επιτυγχάνεται η μείωση του χρόνου ανάπτυξης των υπηρεσιών, αλλά και η

σημαντική μείωση του κόστους (OPEX και CAPEX). Αυτός είναι ο πυρήνας της

παρούσας μελέτης.

Τέλος με τον όρο QoS (Quality of Service) στα τηλεφωνικά δίκτυα, αλλά και στα

δίκτυα γενικότερα, περιγράφεται η δυνατότητα μέτρησης και βελτίωσης της

απόδοσης τους. Στόχος του QoS είναι η εξασφάλιση των επιθυμητών

αποτελεσμάτων απόδοσης, όπως έχουν καθοριστεί από τους ρυθμιστικούς

φορείς. Στα τηλεφωνικά δίκτυα, οι παράγοντες που συνήθως επηρεάζουν την

ποιότητα των υπηρεσιών είναι η καθυστέρηση (ο χρόνος μετάβασης

πληροφοριών), η διακύμανση στην καθυστέρηση, το διαθέσιμο εύρος ζώνης και η

αξιοπιστία του μέσου μετάδοσης.

Τι ακριβώς όμως ισχύει στα δίκτυα GSM και WCDMA;

Σύμφωνα με τις προδιαγραφές του 3GPP (23.107) στα δίκτυα κινητής

τηλεφωνίας δεύτερης και τρίτης γενιάς ως QoS ορίζεται ο βαθμός ικανοποίησης

των τελικών χρηστών. Το 3GPP έχει καθορίσει 4 διαφορετικές κλάσεις, η

καθεμία από τις οποίες περιγράφει τους μηχανισμούς με τους οποίους μπορεί να

μετρηθεί η ποιότητα των παρεχόμενων υπηρεσιών:

Conversational Class, Streaming Class, Interactive Class, Background Class. Η

μόνη διαφορά ανάμεσα σε αυτές τις 4 κλάσεις είναι η ανοχή στην καθυστέρηση

μετάδοσης των πληροφοριών. Στην 1η κλάση (φωνητική) η καθυστέρηση είναι

εντελώς ανεπιθύμητη, αντίθετα από την 4η στην οποία είναι αποδεκτή, αφού ο

αποδέκτης των πληροφοριών δεν περιμένει την ολοκλήρωση της μετάδοσης σε

καθορισμένο χρόνο. Εκτός από την κλάση λαμβάνονται υπόψιν οι ακόλουθοι

παράγοντες: μέγιστο bitrate (kbps), εγγυημένο bitrate (kbps), σειρά παράδοσης

(ναι / όχι), μέγιστο μέγεθος SDU (octets), πληροφορίες SDU φορμάτ (bits),

ποσοστό λανθασμένων SDU, residual bit error ratio, παράδοση λανθασμένων

SDUs (ναι / όχι / - ), traffic delay (ms), traffic handling priority,

allocation/retention priority, περιγραφή πηγής στατιστικών (φωνή / άγνωστο).


Το EDGE είναι το επόμενο «λογικό» βήμα στην εξέλιξη των δικτύων GSM. Ο

αντικειμενικός στόχος της συγκεκριμένης τεχνολογίας είναι η αύξηση του

ρυθμού μεταφοράς δεδομένων, η βέλτιστη χρήση του φάσματος συχνοτήτων,

αλλά και η χρήση της επιπρόσθετης χωρητικότητας για την προσφορά

υπηρεσιών νέας γενιάς. Με τη προσθήκη του EDGE στα δίκτυα GSM Phase 2+, οι

υπάρχουσες υπηρεσίες όπως το GPRS και το HSCSD, βελτιώνονται με την

προσθήκη ενός ακόμη φυσικού layer. Οι υπηρεσίες δεν αλλάζουν, αφού το EDGE

βασίζεται στα ήδη καθορισμένα πρότυπα, χωρίς να δημιουργεί νέα. Έτσι η χρήση

και η εγκατάστασή του από τις εταιρίες παροχής υπηρεσιών κρίνεται ως

ιδιαίτερα προσιτή αφού δεν θα απαιτεί την χρήση νέου εξοπλισμού, παρά μόνο

τη βελτίωση του ήδη υπάρχοντος.

Σύμφωνα με την Ericsson, που άλλωστε συνέβαλε ουσιαστικά για την ανάπτυξή

του, το EDGE θα μπορούσε να παρουσιαστεί με δύο διαφορετικούς τρόπους:

Ως «αναβάθμιση» της τεχνολογίας μεταγωγής πακέτων (packet-

switching) του GPRS. Σε αυτήν την περίπτωση ονομάζεται EGPRS

(Enhanced GPRS).

Ως αναβάθμιση της τεχνολογίας μεταγωγής κυκλώματος για την

μεταφορά δεδομένων (circuit-switching). Σε αυτήν την περίπτωση το

EDGE αποκαλείται ECSD (Enhanced CSD).

Το GPRS επέτρεψε την εισαγωγή της τεχνολογίας μεταγωγής πακέτων (packet-

switching) στα δίκτυα GSM. Για να γίνει αυτό, πολλά νέα πρωτόκολλα και

τεχνολογίες θα έπρεπε να χρησιμοποιηθούν. Το EDGE είναι μια μέθοδος για την

αύξηση των ρυθμών μεταφοράς δεδομένων στο GSM. Ουσιαστικά, χρησιμοποιεί

τον ήδη χρησιμοποιούμενο φορέα του GSM δικτύου στα 200ΚΗz, για την

επίτευξη ακόμα υψηλότερων ταχυτήτων, απλά και μόνο με την αλλαγή του

τρόπου διαμόρφωσης των δεδομένων που μεταφέρονται. Έτσι παρουσιάζει μια

νέα κωδικοποίηση των καναλιών, ώστε να μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την

αποστολή, τόσο με τεχνολογίες μεταγωγής πακέτων όσο και κυκλωμάτων,

δεδομένα και φωνή. Όπως γίνεται αντιληπτό, το EDGE είναι μια «αναβάθμιση»

του GPRS και δεν μπορεί να λειτουργήσει «αυτόνομα». Στο GPRS είναι εφικτή η


μεταφορά πληροφοριών στην ταχύτητα των 115 kbps, αν και, θεωρητικά, το όριο

είναι λίγο «υψηλότερα» στα 160kbps. Το EDGE έχει σχεδιαστεί ώστε να

προσφέρει ρυθμούς μεταφοράς πληροφοριών, που φθάνουν τα 384 kbps και

θεωρητικά τα 473,6kbps! Μια νέα τεχνική διαμόρφωσης, καθώς και οι σχεδόν

αλάνθαστοι μέθοδοι μεταφοράς των πληροφοριών συνδυάζονται με

βελτιωμένους μηχανισμούς για την αναπροσαρμογή της σύνδεσης, επιτρέποντας

την παροχή πραγματικά... υψηλών ταχυτήτων.

Εικόνα 3 Τεχνικές Διαμόρφωσης

Στην παραπάνω εικόνα παρουσιάζονται τα πιο σημαντικά τεχνικά στοιχεία των

δύο τεχνολογιών. Αν και οι δύο «μοιράζονται» το ίδιο symbol rate, το modulation

bit rate διαφέρει σημαντικά. Το EDGE μπορεί να μεταδώσει 3 φορές

περισσότερα bits από ότι το GPRS στο ίδιο χρονικό διάστημα.

Για το GPRS υπάρχουν τέσσερα διαφορετικά σχήματα κωδικοποίησης (Coding

Schemes - CS1, CS2, CS3 και CS4. Το καθένα από αυτά έχει διαφορετικό «όγκο»

πληροφοριών για τον απαραίτητο κώδικα διόρθωσης λαθών, ώστε να

βελτιστοποιείται η χρήση σε διαφορετικά «περιβάλλοντα». Για το EGPRS έχουν

οριστεί 9 διαφορετικά σχήματα κωδικοποίησης διαμόρφωσης (Modulation

Coding Schemes) για τους ίδιους λόγους. Τα τέσσερα πρώτα από αυτά (MCS1 έως

MCS4) εκμεταλλεύονται τη διαμόρφωση GMSK, ενώ τα υπόλοιπα (MCS5 έως

MCS9) τη διαμόρφωση 8PSK. Το GPRS «κορυφώνεται» στα 20 kbps, το EGPRS

μπορεί να φθάσει θεωρητικά τα 59.2kbps!


Εικόνα 4 kbps Ανάλογα με την διαμόρφωση

Ένα ακόμη πλεονέκτημα του EGPRS είναι η ικανότητα της επαναμετάδοσης ενός

πακέτου πληροφοριών, που δεν κωδικοποιήθηκε σωστά, με ένα περισσότερο

«ισχυρό» σχήμα κωδικοποίησης. Αυτό δεν μπορούσε να συμβεί στο GPRS, όπου

τα «πακέτα» θα έπρεπε να αποστέλλονται με το ίδιο σχήμα κωδικοποίησης

ακόμη και να το περιβάλλον μεταβάλλονταν. Αυτό φυσικά, είχε ως αποτέλεσμα

τις αποσυνδέσεις και τα προβλήματα, ιδιαίτερα σε περιοχές με αρκετή «κίνηση».

Βασικό πλεονέκτημα της τεχνολογίας EDGE σε σχέση με το ήδη υπάρχον GSM

δίκτυο, είναι η χρήση μίας νέας μεθόδου διαμόρφωσης των δεδομένων. Η νέα

μέθοδος ονομάζεται 8PSK (8 Phase Shift Keying modulation) και επιτυγχάνει την

αρχική μετατροπή, διαμόρφωση και αποδιαμόρφωση των δεδομένων σε 8

βήματα, επιτρέποντας εν τέλει, τη μεταφορά 3 bit δεδομένων σε κάθε μοναδικό

παλμό του δικτύου. Η αντίστοιχη τεχνολογία που παρέχουν τα απλά δίκτυα GSM

με υποστήριξη υπηρεσιών GPRS, χρησιμοποιεί τη μέθοδο GMSK (Gaussian pre-

filtered Minimum Shift Keying) η οποία βασίζεται στη μέθοδο Gauss για την

εκθετική μείωση των πιθανοτήτων λάθους κατά τη μεταφορά των δεδομένων,

αλλά υστερεί στο γεγονός ό,τι επιτρέπει τη μεταφορά μόνο ενός bit δεδομένων σε

κάθε μοναδικό παλμό του δικτύου! Από αυτή ακριβώς τη διαφορά ξεκινάει η

3πλάσια χωρητικότητα ενός δικτύου που υποστηρίζει την τεχνολογία EDGE και

κατά συνέπεια η τριπλάσια ταχύτητα σε σχέση με την υπάρχουσα GPRS


υπηρεσία. Το EDGE έρχεται να πολλαπλασιάσει τη μέγιστη θεωρητική ταχύτητα

μεταφοράς δεδομένων του GPRS, εφαρμόζοντας κατάλληλες τεχνικές

κωδικοποίησης.

Για να καταλάβουμε όμως τον τρόπο λειτουργίας του EDGE και του GPRS θα

πρέπει να ανατρέξουμε στις τεχνικές λεπτομέρειες της λειτουργίας του

συστήματος κινητής τηλεφωνίας GSM. Το σύστημα GSM χωρίζει κάθε

δευτερόλεπτο επικοινωνίας σε 8 χρονοθυρίδες (timeslots) οι οποίες μεταφέρουν

φωνή η δεδομένα. Στη συνέχεια κάθε χρονοθυρίδα χρησιμοποιεί τα λεγόμενα

"σύμβολα" (symbols), τις πληροφορίες επικοινωνίας μεταξύ κινητού τηλεφώνου

και δικτύου, είτε πρόκειται για φωνή είτε για δεδομένα. Τόσο στο EDGE, όσο και

στο GPRS, ο ρυθμός με τον οποίο "τρέχουν" τα σύμβολα ανά δευτερόλεπτο είναι

270 χιλιάδες (270ksymbols/sec). Στο GPRS κάθε "σύμβολο" μεταφέρει ένα bit

πληροφορίας, χρησιμοποιώντας τη διαμόρφωση GMSK, ενώ αντίθετα το EDGE

μεταφέρει 3 bits ανά "σύμβολο" χρησιμοποιώντας διαμόρφωση 8-PSK. Έτσι, από

εδώ και στο εξής τριπλασιάζονται και οι ταχύτητες μετάδοσης δεδομένων. Σε

κάθε χρονοθυρίδα, ενώ το GPRS επέτρεπε τη μετάδοση μέχρι 21,4 Kbps, στο

EDGE η ταχύτητα αυτή είναι σχεδόν η τριπλάσια, αγγίζοντας τα 59,2 Kbps.

Όπως ήδη αναφέραμε πριν, το GSM χωρίζει κάθε δευτερόλεπτο σε 8 timeslots.

Για να πάρουμε λοιπόν την μέγιστη ταχύτητα ανά δευτερόλεπτο που

προσφέρουν το GPRS και το EDGE δεν έχουμε παρά να πολλαπλασιάσουμε τις

προηγούμενες ταχύτητες ανά timeslot με τα 8 timeslots που συνθέτουν κάθε

δευτερόλεπτο της επικοινωνίας του κινητού μας με το δίκτυο. Λαμβάνοντας υπ'

όψιν τα παραπάνω και με τους κατάλληλους υπολογισμούς βλέπουμε ότι:

Στο GPRS η μέγιστη θεωρητική ταχύτητα μετάδοσης δεδομένων είναι 21,4 x 8

= 171,2 kbps

Στο EDGE η μέγιστη θεωρητική ταχύτητα μετάδοσης δεδομένων είναι 59,2 x 8

= 473,6 Kbps

Προσέξτε όμως ότι αναφέρουμε πως οι μέγιστες αυτές ταχύτητες είναι οι

θεωρητικές. Όσοι θα έχετε εμπειρία από τη χρήση της υπηρεσίας GPRS σίγουρα

θα παρατηρήσατε ότι ποτέ δεν κατορθώσατε να επιτύχετε ταχύτητες

μεγαλύτερες των 50 kbps. Αυτό οφείλεται σε περιορισμούς των συσκευών ή των


δικτύων. Οι συσκευές διαθέτουν συγκεκριμένο αριθμό καναλιών για τη χρήση

της υπηρεσίας GPRS, ενώ με τη σειρά τους τα δίκτυα, δίνοντας μεγαλύτερη

προτεραιότητα στις κλήσεις φωνής, σε καμία περίπτωση δεν παρέχουν για το

GPRS τον μέγιστο δυνατό αριθμό καναλιών. Όσον αφορά το EDGE βλέπουμε ότι

η μέγιστη θεωρητική ταχύτητα αγγίζει τα 473,6 Kbps ωστόσο ποτέ αυτά δεν

γίνουν πραγματικότητα. Η πρακτική ταχύτητα μετάδοσης δεδομένων αναμένεται

πάντως να είναι μεγαλύτερη των 200 Kbps και σε πολλές περιπτώσεις θα αγγίζει

και τα 384 Kbps.

Η Ericsson Mobile Platforms και η NTT DoCoMo, Inc. ολοκλήρωσαν τις

προηγούμενες ημέρες, με επιτυχία δοκιμές διαλειτουργικότητας σε επίπεδο

(IOT) WCDMA δικτύων. Οι δοκιμές πραγματοποιήθηκαν με την κορυφαία, στην

παγκόσμια αγορά, πλατφόρμα U100 για WCDMA/GPRS δίκτυα,

κατασκευασμένη από την Ericsson Mobile Platforms. Οι δοκιμές διεξήχθησαν

στα εργαστήρια της DoCoMo και ακολούθησαν πλήρως ολοκληρωμένες

επιτόπιες δοκιμές στο εν λειτουργία δίκτυο FOMA της DoCoMo

Η τεχνολογία της Ericsson Mobile Platforms έχει ήδη χρησιμοποιηθεί στα

κορυφαία κινητά τηλέφωνα WCDMA, για αυτό και η ολοκλήρωση αυτών των

δοκιμών είναι πολύ σημαντική για την DoCoMo, αφού θα βελτιώσει την

υποστήριξη που παρέχουμε σε όσους χρήστες κάνουν περιαγωγή

χρησιμοποιώντας το δίκτυο της DoCoMo στην Ιαπωνία.

Συστήματα κινητών επικοινωνιών τέταρτης γενιάς (4G)

Αυτά τα συστήματα είναι υπό ανάπτυξη και θα εφαρμοστούν κάπου το 2008-

2015. Όχι μόνο θα συνδέσουν τους ανθρώπους με τους ανθρώπους, αλλά τις

μηχανές ή τα σπίτια με τους ανθρώπους. Συγκεκριμένα είναι φιλοδοξία των

σχεδιαστών να δώσουν την δυνατότητα για σε κάθε κινητό χρήστη, για κάθε

επικοινωνία, οποιασδήποτε μορφής (video κλπ).

OFDM


Στο πρότυπο OFDM η βασική ιδέα είναι η διαίρεση των ροών δεδομένων σε

περαιτέρω ροές (υποκανάλια). Κάθε μία από αυτές τις ροές έχει χαμηλότερο

ρυθμό μετάδοσης από την αρχική. Στη συνέχεια οι υποροές διαμορφώνονται με

χρήση κωδίκων οι οποίοι είναι μεταξύ τους ορθογώνιοι. Εξαιτίας της

ορθογωνιότητας τα υποκανάλια μπορούν να πλησιάζουν πολύ κοντά μεταξύ τους

(ή ακόμα και να επικαλύπτονται) χωρίς να υπάρχει κίνδυνος παρεμβολής. Επίσης

λόγω των χαμηλών ρυθμών μετάδοσης αποφεύγεται και το φαινόμενο της

διασυμβολικής παρεμβολής. Το αποτέλεσμα είναι ένα σύστημα που χρησιμοποιεί

με πολύ αποδοτικό τρόπο το παρεχόμενο φάσμα συχνοτήτων.

Το πρότυπο OFDM αποτελεί τη βάση για πολλά πρότυπα τηλεπικοινωνιών όπως

το 802.11a, το 802.11g, το WLAN ακόμα και τα συστήματα Asymmetric Digital

Subscriber Line (ADSL). Τα πλεονεκτήματα που το κατέστησαν τόσο δημοφιλές

είναι η αποδοτική χρήση του παρεχόμενου εύρους ζώνης και η ανοχές στις

παρεμβολές.

Από την άλλη πλευρά, το κυριότερο μειονέκτημα του OFDM είναι το γεγονός ότι

αποτελεί ένα ιδιαίτερα ενεργοβόρο σύστημα. Ίσως για αυτό το λόγο καμία από

τις επικρατούσες τεχνολογίες για τα κινητά δίκτυα τρίτης γενιάς δεν έχουν

ενσωματώσει το OFDM. Παρόλα αυτά, η ενσωμάτωση του προτύπου αυτού στα

κινητά συστήματα της 4ης γενιάς είναι σχεδόν βέβαιη.


Εικόνα 5 Ρυθμοί μετάδοσης στα διάφορα συστήματα

3. Από το GSM στο UMTS

Προηγούμενες προσπάθειες όπως το WAP πάνω από GSM δεν ήταν πολύ

επιτυχείς. Επιπλέον το WAP v.2 αναπτύσσεται είδη για GSM. Όμως

μεταδίδοντας μόνο φωνή, τα κέρδη των εταιρειών κινητών επικοινωνιών έχουν

μειωθεί έτσι το ενδιαφέρον αυτών των εταιριών έχει στραφεί στο να προσφέρουν

νέες υπηρεσίες. Ενδιαφέρον έχουν τώρα οι τεχνολογίες τρίτης γενιάς (3G) όπως

το UMTS και το CDMA-2000.


Εικόνα 6 ΙΜΤ 2000

Το πρόγραμμα για το UMTS άρχισε από τον ETSI από την ομάδα εργασίας RACE

(Έρευνα & Ανάπτυξη στις Προηγμένες Τεχνολογίες Επικοινωνιών στην Ευρώπη)

σαν ασύρματο σύστημα τρίτης γενιάς (3G). Η Διεθνής Ένωση Τηλεπικοινωνιών

(ITU) πρότεινε το UMTS το 1985. Αυτή η μελέτη, το ούτω καλούμενο IMT-2000,

σχεδίασε το όραμα της ITU πέρα από το έτος 2000. Το 1992, το World Radio

Congress (WARC'92) διέθεσε τις ζώνες συχνότητας 1885-2050 MHz και 2110-

2200 MHz για το IMT-2000. Το IMT-2000 ήταν η αρχιτεκτονική του σχεδίου

και η επικύρωση των διάφορων ανταγωνιστικών τεχνολογιών κωδικοποίησης και

διαμόρφωσης που τα δίκτυα τρίτης γενιάς (3G) θα χρησιμοποιούσαν. Εφ’όσον το

IMT-2000 καθόρισε τα πρότυπα, το UMTS, ήταν γνωστό ως "οικογένεια

προτύπων"


Εικόνα 7 Φάσεις του UMTS

Το UMTS έχει την δυνατότητα να προσφέρει multi-mobile υπηρεσίες με multi-

operators που υποστηρίζουν ένα ευρύ φάσμα των παγκόσμιων προτύπων κινητής

τηλεπικοινωνίας. Το UMTS χειρίζεται διαφορετικού είδους κίνηση,

χρησιμοποιώντας ένα μικτό σχεδιάγραμμα κυψέλων, το οποίο αποτελείται από

τα macrocells που είναι η επέκταση των micro και picocells. Το μέγεθος των

κυψέλων είναι αρκετά κρίσιμο στα δίκτυα UMTS.


Εικόνα 8 Παρουσίαση Κυψελών

Αυτή η αρχιτεκτονική δικτύου βοηθά στη κατανομή της κίνησης των

δεδομένων. Η τοπική κίνηση λειτουργεί στα microcells και picocells

(παραδείγματος χάριν, ένας τοπικός συνδρομητής κινητής τηλεφωνίας, αργοί

συνδρομητές, και χρήστες στις πυκνές περιοχές πληθυσμού), ενώ η ιδιαίτερα

κινητή κυκλοφορία λειτουργεί στα μεγάλα macrocells (όπως ένας συνδρομητής

που ταξιδεύει σε μια εθνική οδό ή αεροπορικώς). Κατ’ αυτό το τρόπο μειώνεται

πολύ ο αριθμός των handoffs που απαιτούνται για τη γρήγορη κίνηση. Βλέπουμε

ότι σε αυτήν την "εμφωλευμένη αρχιτεκτονική", τα macrocells εκτελούν διπλή

λειτουργία κάλυψης των περιοχών που δεν καλύπτονται από τις μικρότερες

κυψέλες και της αποφυγής των αποτυχιών των επικαλυμμένων κυψελών. Οι

κυριότεροι αντικειμενικοί στόχοι του συστήματος αυτού είναι:

να υποστηρίξει την υπάρχουσα τεχνολογία στις κινητές και σταθερές

τηλεπικοινωνίες (ISDN και B-ISDN), προκειμένου να διεκπεραιώνονται οι

αντίστοιχες ψηφιακές υπηρεσίες με ρυθμούς μετάδοσης δεδομένων από 1

Mbps μέχρι 155 Mbps. Οι ραδιοσυχνότητες του ασυρματικού τμήματος του

συστήματος θα είναι άνω των 1 GHz.


να υποστηρίξει εξειδικευμένες κινητές υπηρεσίες (πχ. εντοπισμός οχήματος,

φόρτος οδικής κίνησης, κλπ.), οι οποίες ανήκουν στην κατηγορία υψηλού

δείκτη ενδιαφέροντος όχι μόνο στην παν-Ευρωπαϊκή, αλλά και στην

παγκόσμια διεθνή αγορά.

να υποστηρίξει τη χρήση τερματικών μονάδων οπουδήποτε και αν αυτές

βρίσκονται (πχ. στην κατοικία, στο γραφείο, εν κινήσει σε αστικό, ημιαστικό

και μη αστικό περιβάλλον).

να υποστηρίξει (τεχνολογικά) τη συν-λειτουργία ανομοιογενών τεχνολογιών

στα κινητά τερματικά, προκειμένου να προωθούνται οι προκεχωρημένες

υπηρεσίες video και δεδομένων.

τέλος, να υποστηρίξει βέλτιστες και αξιόπιστες διαδικασίες περιαγωγής των

κινητών μονάδων κατά τη μετάβαση τους από κύτταρο σε κύτταρο.

Μερικές από τις σχεδιαστικές επιλογές του συστήματος αυτού είναι:

η αυτονομία του. Ο σχεδιασμός του συστήματος αυτού πραγματοποιείται

χωρίς την υποχρεωτική επαναχρησιμοποίηση υλικών και λογισμικών

μονάδων των ήδη υπαρχόντων συστημάτων. Η ενεργοποίηση των κλήσεων

μεταξύ των χρηστών του σταθερού τηλεπικοινωνιακού δικτύου και των

χρηστών του συστήματος UMTS, θα πραγματοποιείται μέσω ειδικής πύλης

(gateway) και κόμβων, όπως θα δούμε στην συνέχεια.

η υιοθέτηση των υπηρεσιών των συστημάτων της δεύτερης γενιάς. Στη

συγκεκριμένη περίπτωση, η τεχνολογία του προτύπου GSM έχει

χρησιμοποιηθεί προκειμένου να παρέχει τις υπηρεσίες του UMTS. Επιπλέον,

οι προδιαγραφές των συστημάτων της 1ης γενιάς θα χρησιμοποιηθούν σαν το

αρχικό επίπεδο προδιαγραφών του σχεδιασμού του συστήματος αυτού.

η ολοκλήρωση με ένα σταθερό δίκτυο. Στην περίπτωση αυτή, η τεχνολογική

υποδομή και οι αντίστοιχες υπηρεσίες του σταθερού τηλεπικοινωνιακού

δικτύου θα χρησιμοποιηθούν και από το UMTS. Οι υλικές και λογισμικές

οντότητες του UMTS θα συνδεθούν στις ίδιες προσαρμοστικές μονάδες όπως

οι αντίστοιχες οντότητες του σταθερού δικτύου (πχ. PSTN, N-ISDN και B-

ISDN).


Με μια πρώτη ματιά, κατά την αξιολόγηση των προαναφερθέντων σχεδιαστικών

επιλογών, καθίσταται εμφανές, ότι η «αναγέννηση» του UMTS από τα κυτταρικά

συστήματα κινητής τηλεφωνίας 1ης γενιάς, δεν αποτελεί την πλέον αποδεκτή

λύση. Σχεδιάζοντας το σύστημα αυτό με βάση τα συστήματα της 1ης γενιάς,

δημιουργείται σοβαρό πρόβλημα διότι περιορίζεται η λειτουργικότητα αυτού.

Εάν το UMTS θέλουμε να αποτελέσει ένα πραγματικό σύστημα 3ης γενιάς, τότε

σίγουρα θα απαιτηθεί ένα μεγάλο μέρος νέας ενδοδιαδικτύωσης μεταξύ του

συστήματος και των συστημάτων της 1ης γενιάς, προκειμένου να υποστηριχθούν

οι εμπλεκόμενες λειτουργικές διαδικασίες. Συγκεκριμένα από την μελέτη

κατέληξα στο συμπέρασμα ότι απαιτούνται νέες δομές τόσο στο ραδιοδίκτυο,

όσο και στο δίκτυο κορμού.

Το πλεονέκτημα του «αυτόνομου» σχεδιασμού του UMTS δίνει δυνατότητες

βέλτιστων και μη περιοριστικών διαδικασιών σε επίπεδο δομής και παροχής

υπηρεσιών. Η αυτοδυναμία, όμως, οδηγεί σε δαπανηρή υποδομή λόγω (σε

μερικές περιπτώσεις) της διπλής επικάλυψης υλικών και λογισμικών μονάδων.

Η περίπτωση της ολοκλήρωσης του UMTS με ένα σταθερό δίκτυο, είναι μια πολύ

καλή λύση. Το πλεονέκτημα στην περίπτωση αυτή είναι η μείωση του κόστους. Η

επαναχρησιμοποίηση διαφόρων τμημάτων άλλων συστημάτων δίνει θετικούς

δείκτες στη μείωση του κόστους τόσο στο σχεδιαστικό όσο και στο λειτουργικό

επίπεδο του UMTS. Ένα άλλο βασικό πλεονέκτημα της ολοκλήρωσης αυτής είναι

η μεγαλύτερη ικανοποίηση των αναγκών των χρηστών, διότι θα δίνεται η

δυνατότητα χρησιμοποίησης του σταθερού δικτύου και του δικτύου των κινητών

επικοινωνιών. Εφόσον το UMTS πρόκειται να χρησιμοποιήσει ένα υποσύνολο

των υπηρεσιών του B-ISDN, τότε το B-ISDN είναι το άμεσα υποψήφιο σύστημα

που θα χρησιμοποιηθεί για την ολοκλήρωση του μελλοντικού συστήματος

κινητών επικοινωνιών.

Λαμβάνοντας υπόψη τα προαναφερθέντα πλεονεκτήματα της ολοκλήρωσης,

έχουμε τις παρακάτω παρατηρήσεις:

κοινή χρήση της ενδοδιαδικτύωσης. Εάν χρησιμοποιηθούν δύο διαφορετικά

συστήματα, ένα για τους σταθερούς χρήστες και ένα για τους κινητούς


συνδρομητές, τότε η επιλογή αυτή δεν αποτελεί την καλύτερη λύση,

λαμβανομένης υπόψη της ανοδικής τάσης του ρυθμού αύξησης των κινητών

συνδρομητών. Επομένως η ανεξαρτητοποίηση των B-ISDN και του UMTS,

όπου στην πραγματικότητα καλύπτουν την ίδια γεωγραφική περιοχή, θα είχε

σαν αποτέλεσμα τη συνολική αύξηση του κόστους της υποδομής. Στην

περίπτωση αυτή, η χρήση κοινής υποδομής θα είχε σαν αποτέλεσμα τη

μείωση του κόστους. Η ελάττωση του κόστους αναφέρεται τόσο σε επίπεδο

εγκατάστασης (λιγότερο υλικό για εγκατάσταση), όσο και σε λειτουργικό

επίπεδο (μόνο ένα δίκτυο για λειτουργία και συντήρηση).

κοινή χρήση λειτουργιών και πρωτοκόλλων. Στην περίπτωση της μερικής ή

ολικής ολοκλήρωσης, η λειτουργικότητα μοιράζεται μεταξύ των συστημάτων

B-ISDN και UMTS.

κοινές υπηρεσίες. Στην περίπτωση αυτή το σύνολο των παρεχόμενων

υπηρεσιών θα είναι το ίδιο τόσο για τους κινητούς όσο και για τους σταθερούς

χρήστες. Εδώ θα πρέπει να λάβουμε υπόψη ότι πιθανόν ένα μέρος των

προσφερόμενων υπηρεσιών να μην είναι δυνατή η εφαρμογή τους στους

κινητούς χρήστες, λόγω του περιορισμού του εύρους ζώνης του ασυρματικού

δικτύου. Από την πλευρά του χρήστη, το σύστημα UMTS, θα μπορούσε να

θεωρηθεί σαν την κινητή επέκταση του B-ISDN.

Λόγω της μεγάλης εξάπλωσης που έχει το δίκτυο GSM, κατά την εφαρμογή του

UMTS δεν πρέπει να αγνοηθούν όλες οι ήδη υπάρχουσες εγκαταστάσεις και το

ήδη υπάρχον λογισμικό του GSM. Έτσι πρέπει να γίνει μια ομαλή διαδικασία

μετάβασης από το ένα δίκτυο στο άλλο. Υπάρχουν πολλά σενάρια για τη

μετάβαση αυτή.

Το χαρακτηριστικό του συστήματος UMTS είναι ότι θα διαχειρίζεται την

πληροφορία η οποία θα προέρχεται από ένα πολύπλοκο κυτταρικό περιβάλλον,

τόσο σε θέσεις εξωτερικών χώρων όσο και σε θέσεις εσωτερικών χώρων. Στο

υψηλότερο στρώμα θα υπάρχουν δορυφόροι οι οποίοι θα καλύπτουν ολόκληρη

την γη. Όσο χαμηλότερο είναι το ιεραρχικό επίπεδο, τόσο και μικρότερα τα

κύτταρα που απαρτίζεται και μεγαλύτερη η πυκνότητα χρήσης.


Μερικές από τις ενδεικτικές τιμές ισχύων εκπομπής των αντίστοιχων Σταθμών

Βάσης είναι:

Ισχύς πομπού Σταθμού Βάσης εσωτερικού χώρου για πικοκυτταρικό

περιβάλλον είναι της τάξης του 0.01 W

Ισχύς πομπού Σταθμού Βάσης εξωτερικού χώρου για μικροκυτταρικό

περιβάλλον είναι της τάξης του 0.1 W

Ισχύς πομπού Σταθμού Βάσης εξωτερικού χώρου για μακροκυτταρικό

περιβάλλον είναι της τάξης του 1 W

Η ισχύς πομπού Σταθμού Βάσης εξωτερικού χώρου για περιπτώσεις μεγάλων

κυττάρων (πχ. ανοικτές αγροτικές περιοχές) είναι της τάξης του 1-10 W

Αν θελήσουμε να εξετάσουμε πρακτικά τι γίνεται στην χώρα μας θα

δούμε ότι:

Το πρώτο εξάμηνο του 2004, όπου και ξεκίνησε η εμπορική διάθεση των

υπηρεσιών τρίτης γενιάς στην Ελλάδα, οι συσκευές 3G που διαθέτονταν στην

ελληνική αγορά ήταν ελάχιστες. Η πρώτη από αυτές ήταν το Nokia 6650, που

έκανε την εμφάνισή του στο δίκτυο της TIM, χωρίς ωστόσο να υποστηρίζει

υπηρεσίες όπως οι βίντεο-κλήσεις. Λίγο αργότερα ακολούθησαν τα Motorola

A835 και Siemens U15, που ουσιαστικά δεν έχουν καμία απολύτως διαφορά. Και

οι δύο συσκευές ήταν συμβατές με όλες τις υπηρεσίες που παρέχουν τα δίκτυα

τρίτης γενιάς, αν και το κόστος τους είναι ακόμη και σήμερα απαγορευτικό.

Το δεύτερο 3G κινητό της Nokia που έφθασε στη χώρα μας είναι το Nokia 7600,

αν και δυστυχώς ούτε αυτό επιτρέπει την πραγματοποίηση βίντεο-κλήσεων.

Προτέρημά του το χαμηλό κόστος και το ιδιόμορφο design του.

Αργότερα, κυκλοφόρησε το Sony Ericsson Ζ1010, ενώ σταδιακά παρουσιάζονται

πολλές ακόμη συσκευές τρίτης γενιάς από όλες τις μεγάλες εταιρείες όπου οι

χρήστες μπορούν να χρησιμοποιήσουν, στις περισσότερες των περιπτώσεων,

όλες τις καινοτομίες που προσφέρει η 3η γενιά. Ενδεικτικά, αναφέρουμε την


πρώτη «ολοκληρωμένη» πρόταση της Nokia, το 6680, τo Sony Ericsson Z1010

και τα μεταγενέστερα V800 ή Z800i, το Μotorola E1000 και άλλα πολλά.

Η συνέχεια βέβαια αναμένεται πολύ πιο ενδιαφέρουσα…

Ξυλόκαστρο 5-11- 2007


Συντομογραφίες

1. CN - core network= δίκτυο κορμού

2. UE= εξοπλισμός χρήστη

3. UTRAN = UMTS terrestrial radio-access network= δίκτυο επίγειας

ασύρματης πρόσβασης

4. GGSN= gateway GPRS support node

5. SGSN =serving support node GPRS

6. RNC= Radio Network Controller

7. 3G Third Generation Τρίτης Γενιάς 8. ADSL Asymmetric Digital Subscriber Line Ασσύμετρη Ψηφιακή

Συνδρομητική Γραμμή 9. AL Access Line Γραμμή Πρόσβασης 10. AMPS Advanced Mobile Phone Service Προηγμένη Υπηρεσία Κινητής

Τηλεφωνίας ANI Automatic Number Identification Αυτόματη Αναγνώριση Αριθμού

11. AS Analog Signal Αναλογικό Σήμα 12. ATM Asynchronous Transfer Mode Ασύγχρονος Τρόπος Μεταφοράς 13. B-ISDN Broadband ISDN Ευρυζωνικό ISDN 14. BEX Broadband Exchange Ευρυζωνικό Κέντρο 15. Bps Bits per Second Ψηφία ανά δευτερόλεπτο 16. BTS Base Transceiver Station (See Base Station) Σταθμών 17. Πομποδεκτών Βάσης 18. Business TV Επιχειρηματική Τηλεόραση 19. CATV Cable Television Καλωδιακή Τηλεόραση 20. CATV Community Antenna Television Τηλεόραση Συλλογικής Κεραίας 21. CDMA Code Division Multiple Access Πολλαπλή Πρόσβαση Διαίρεσης

κώδικα 22. CLI Caller Line Identification Αναγνώριση Αριθμού Καλούντος 23. Coverage Kάλυψη δικτύου 24. CO Central Office Κεντρικό Γραφείο 25. CTM Cordless Telephone Mobility Κινητότητα ακόρδονου τηλεφώνου 26. CT2(standards) Cordless Telephony Standards Πρότυπα ασύρματης 27. ηλεφωνίας 2ης γενιά 28. CUG Closed User Group Κλειστή ομάδα χρηστών 29. DCS 1800/1900 Digital >Cellular System at 1800/1900 Ψηφιακό

Κυψελοειδές Σύστημα στα 1800/1900Mhz 30. DDS Digital Data System Ψηφιακή υπηρεσία δεδομένων 31. DEA Digital Exchange Access Πρόσβαση ψηφιακού κέντρου 32. DECT Digital European Cordless Telecoms Ευρωπαϊκές ψηφιακές

ασύρματες τηλεπικοινωνίες


33. DSN Digital Switched Network Ψηφιακό δίκτυο 2αγωγής 34. DON Digital Overlay Network Ψηφιακό Υπερκείμενο Δίκτυο 35. DSL Distributed Service Logic 36. Λογική Κατανεμημένης Υπηρεσίας 37. DSP Digital Signal Processor Επεξεργαστής Ψηφιακών Σημάτων 38. DTMF Dual Tone Multi Frequency Πολυσυχνότητα Διπλού Τόνου 39. Dual Band Κάλυψη των δύο συχνοτήτων GSM 900 MHz και 1800 MHz 40. EFR Enhance Full Rate Βελτιωμένος Πλήρης Ρυθμός 41. ETACS Extended Total Access Communication Εκτεταμένο

Επικοινωνιακό Σύστημα Ολικής Πρόσβασης 42. FCC Federal Communication Commission Ομοσπονδιακή Επιτροπή

Επικοινωνιών 43. FDDI Fibre Distributed Data Interface Διεπαφή Δεδομένων

Διανεμόμενα μέσω Οπτικών Ινών 44. FDM Frequency Division Multiplexing Πολλαπλή Πρόσβαση

Διαίρεσης συχνότητας 45. FDMA Frequency Division Multiple Access Πολυπλεξία Διαίρεσης

Συχνότητας 46. FITL Fibre In The Loop Οπτική Ίνα στο Βρόχο 47. FM Frequency Modulation Διαμόρφωση Συχνότητας 48. FSN Full Service Network Δίκτυο Πλήρους Υπηρεσίας 49. FTTC Fibre To The Curb Οπτική Ίνα στον Ακραίο Διακλαδωτή 50. FTTH Fibre To The House Οπτική Ίνα στο σπίτι 51. FTTSA Fibre To The Serving Area Οπτική Ίνα στην Περιοχή

Εξυπηρέτησης 52. GSM Global System for Mobile Communications Παγκόσμιο Σύστημα

Κινητών Επικοινωνιών 53. HEMP High Attitude Electromagnetic Pulse Ηλεκτρολογικός Παλμός

μεγάλου Ύψους 54. HTML Hypertext Markup Language Γλώσσα Υπερκείμενης Σημασίας 55. IC Integrated Circuit Ολοκληρωμένο Κύκλωμα 56. ICD Interconnection Directive Οδηγία της Διασύνδεσης 57. ICN Interconnection Διασύνδεση 58. IDN Integrated Digital Network Ενοποιημένο Ψηφιακό Δίκτυο 59. IEC Inter Exchange Carrier Διακεντρικός Φορέας 60. INTELSAT International Telecommunications Satellite Organization

Διεθνής Οργανισμός Τηλεπικοινωνιακών Δορυφόρων Infra red Υπέρυθρη θύρα που χρησιμοποιείται για την ασύρματη μεταφορά δεδομένων σε άλλες συσκευές

61. IOC Integrated Optical Circuit Ενοποιημένο Οπτικό Κύκλωμα IP Internet Protocol Πρωτόκολλο Ιντερνετ

62. IRC International Record Carrier Διεθνής Φορέας Εγγραφής 63. ISDN Integrated Services Digital Network Ψηφιακό Δίκτυο

ενοποιημένων Υπηρεσιών 64. ISP Internet Service Provider Παροχέας Υπηρεσιών Ιντερνετ 65. ITMC International Test and Maintenance Center Διεθνές Κέντρο

Δοκιμών και Συντήρησης


66. Keypad Lock Κλείδωμα Πλήκτρων 67. LAN Local Area Network Τοπικό Δίκτυο 68. LCR Least Cost Routing Δρομολόγηση Ελάχιστου Κόστους 69. LD Long Distance Υπεραστικός 70. Lithium lon Li-lon Μπαταρία Λιθίου 71. Lithium Polymer Νεότερος τύπος μπαταρίας λιθίου 72. LEC Local Exchange Carrier Φορέας Εκμετάλλευσης Τοπικών Κέντρων 73. LEOS Low-Earth Orbiting Satellites Δορυφόροι Χαμηλής Γήινης

Τροχιάς 74. LMS Local Measure Service Τοπική Υπηρεσία Μετρήσεων

Network Δίκτυο 75. NiMH Nickel Metal Hydride Μπαταρία νικελίου μετάλλου υδριδίου 76. NMTS Nordic Mobile Telephone System Σκανδιναβικό Σύστημα

Κινητής Τηλεφωνίας 77. OCC?s Other Common Carriers Άλλοι Κοινοί Φορείς 78. PABX Private Automatic Branch Exchange Αυτόματο Ιδιωτικό Κέντρο 79. PAD Packet Assembly / Disassembly Συναρμολόγηση /

Αποσυναρμολόγηση Πακέτων 80. PAB Private Automatic Branch Exchange Αυτόματο Ιδιωτικό Κέντρο 81. PAL Public Access Line Γραμμή Δημόσιας Πρόσβασης 82. PAMA Pulse Address Multiple Access Πολλαπλή Πρόσβαση μέσω

Παλμών Διεύθυνσης 83. PBX Private Branch Exchange Ιδιωτικό Κέντρο 84. PCM Pulse Code Modulation Παλμοκωδική Διαμόρφωση 85. PDC Personal Digital Cellular Προσωπικό Ψηφιακό Κυψελοειδές 86. PDH Plesiosynchronous Digital Hierarchy Πλησιόχρονη Ψηφιακή

Ιεραρχία 87. PDN Public Data Network Δημόσιο Δίκτυο Δεδομένων

Phonebook Τηλεφωνικός Κατάλογος PHS Personal Handy phone System Σύστημα Προσωπικού Εύχρηστου Τηλεφώνου

88. PoP Point of Presence Σημείο Παρουσίας 89. POTS Plain Old Telephone Service Απλή Παλαιά Τηλεφωνική

Υπηρεσία 90. PRI Primary Rate Interface Διεπαφή Πρωτεύοντος Ρυθμού 91. PRP Primary Routing Point Σημείο Πρωτεύουσας Δρομολόγησης 92. PRS Premium Rate Service Υπηρεσία Πρόσθετου Τέλους

Prepaid Προπληρωμένη κάρτα 93. PSDN Packet Switched Data Network Δίκτυο Μεταγωγής Πακέτων

Δεδομένων 94. PSPDN Packet Switched Public Data Network Δημόσιο Δίκτυο

Μεταγωγής Πακέτων Δεδομένων 95. PSN Public Switched Network Δημόσιο Δίκτυο Μεταγωγής 96. PSTN Public Switched Telecommunication Network Δημόσιο

Τηλεπικοινωνιακό Δίκτυο Μεταγωγής 97. PTN Public Telephone Network Δημόσιο Τηλεφωνικό Κέντρο


98. PTO Public Telecoms Operator Φορέας Εκμετάλλευσης Δημοσίων Τηλεπικοινωνιών

99. RCC Radio Common Carrier Κοινό Ραδιοφορέας Roaming Περιαγωγή (Υπηρεσία για τη χρήση κινητού τηλεφώνου στο εξωτερικό) F Radio Frequency Ραδιοσυχνότητα

100. SA Switched Access Μεταγωγή Πρόσβασης 101. SC Switching Center Κέντρο Μεταγωγής 102. SDH Synchronous Digital Hierarchy Σύγχρονη Ψηφιακή Ιεραρχία 103. SDR Special Drawing Right Ειδικό Τραβηκτικό Δικαίωμα 104. SHF Super High Frequency Υπερύψηλη Συχνότητα 105. SMDS Switched Multimegabit Data Service Υπηρεσία

πολυμεγαψηφιακής Μεταγωγής Δεδομένων 106. SMTP Simple Mail Transfer Protocol Πρωτόκολλο Μεταφοράς

απλού Ταχυδρομείου 107. Service Provider Εταιρία που προσφέρει τηλεπικοινωνιακές

υπηρεσίες 108. SIM Ηλεκτρονική κάρτα τοποθετείται στο κινητό και είναι

απαραίτητη για την λειτουργία του 109. SMS Short Message Service Γραπτά Μηνύματα 110. S-PCS Satellite Personal Communications Services Δορυφορικές

Υπηρεσίες Προσωπικών Επικοινωνιών 111. Standby Κατάσταση αναμονής σε εισερχόμενες κλήσεις

T9, easy text, predictive text Νέος τύπος λογισμικού για εύχρηστη πληκτρολόγηση γραπτών μηνυμάτων

112. Tri Band Κινητό συμβατό με τις ευρωπαϊκές συχνότητες GSM 900/1800 MHz και την αμερικάνικη 1900 MHz

113. TAC Total Access Controller Ελεγκτήρας Ολικής Πρόσβασης TACS Total Access Communications System Επικοινωνιακό Σύστημα Ολικής Πρόσβασης

114. TCP Transmission Control Protocol Πρωτόκολλο Ελέγχου Μετάδοσης

115. TDM Time Division Multiplexing Πολυπλεξία Διαίρεσης Χρόνου 116. TDMA Time Division Multiple Access Πολυπλεξία Χρόνου

Πρόσβασης 117. TELCO Telephone Company Τηλεφωνική Εταιρία 118. TL Transmission Level Σταθμός Μετάδοσης 119. UHF Ultra High Frequency Πάρα πολύ υψηλή συχνότητα 120. UMTS Universal Mobile Telecommunications Systems Παγκόσμιο

σύστημα Κινητών Τηλεπικοινωνιών 121. VAN Value Added Network Δίκτυο Προστιθέμενης Αξίας 122. VAS Value Added Services Υπηρεσίες Προστιθέμενης Αξίας 123. VF Voice Frequency Συχνότητα Φωνής 124. VHF Very High Frequency Πολύ Υψηλή Συχνότητα 125. VOD Video On Demand Βίντεο κατά αίτηση 126. Voice Dial Φωνητική Κλήση Αριθμών 127. Voice Mail Ηχητικό Μήνυμα 128. Voice Memo Ηχογραφημένο Μήνυμα Υπενθύμισης


129. VPN Virtual Private Network Ιδεατό Ιδιωτικό Δίκτυο 130. VR Voice Response Φωνητική Απόκριση 131. WAN Wide Area Network Δίκτυο Ευρείας Περιοχής 132. WAP Wireless Application Protocol Τεχνολογία που επιτρέπει την

πρόσβαση στο ιντερνετ και παροχή μίας σειράς υπηρεσιών 133. WATS Wide Area Telephone Service Τηλεφωνική Υπηρεσία

Ευρείας Περιοχής 134. WDM Wave Division Multiplexing Πολυπλεξία Διαίρεσης (μήκους)

κύματος 135. WWW World Wide Web Παγκόσμιος (δίκτυο) ιστός 136. AUC: Authentication Center 137. AN: Access Network 138. BS: Base Station 139. BSC: Base Station Controller 140. BSS: Base Station Subsystem 141. BTS: Base Transceiver Station 142. CN: Core Network 143. CSPDN: Circuit Switched Public 144. Data Network 145. EIR: Equipment Identity Register 146. GGSN: Gateway GPRS Support Node 147. GMSC: Gateway MSC 148. HLR: Home Location Register 149. IMS IP Multi Media Subsystem 150. ISDN: Integrated Services Digital Network 151. ME: Mobile Equipment 152. MGW Media Gateway 153. MSC: Mobile Service Switching Center 154. MT: Mobile Terminal 155. PDN: Packet Data Network 156. PSPDN: Packet Switched Public Data 157. Network 158. PSTN: Public Switched Telephone 159. Network 160. RNC: Radio Network Controller 161. RNS: Radio Network System 162. SCF: Service Control Functionality 163. SCP: Service Control Point 164. SGSN: Serving GPRS Support Node 165. SIM: Subscriber Identity Module 166. SMS-GMSC: Short Message Service 167. GMSC 168. SMS-IWMSC: Short Message Service 169. Interworking MSC 170. UE: User Equipment 171. UMTS: Universal Mobile 172. Telecommunication System


173. USIM: UMTS Subscriber Identity Module 174. UTRAN: UTMS RANRAN: Radio Access 175. Network 176. RNS: Radio Network Subsystem

Κεφάλαιο 1ο Γενικά χαρακτηριστικά του UMTS


Κεφάλαιο 1ο ΤΟ ΜΕΛΛΟΝΤΙΚΟ ΣΥΣΤΗΜΑ 3ΗΣ ΓΕΝΙΑΣ UMTS

1.1 ΓΕΝΙΚΑ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΗΚΑ ΚΑΙ ΚΑΤΗΓΟΡΙΕΣ ΤΟΥ UMTS

1.1.1 Τι είναι το UMTS

Το UMTS είναι ένα από τα μεγαλύτερα κινητά συστήματα της τρίτης γενιάς που

έχουν σχεδιαστεί μέσα στο πλαίσιο εργασίας που έχει οριστεί από τη διεθνή

ένωση τηλεπικοινωνιακών (ITU) γνωστό σαν IMT-2000. Ήταν το θέμα σε

επίμονες προσπάθειες σ’ ολόκληρο τον κόσμο στην έρευνα και την ανάπτυξη

μέσα από την τελευταία δεκαετία. Το UMTS έχει την υποστήριξη από πολλούς

μεγάλους λειτουργούς τηλεπικοινωνιών και κατασκευαστών, επειδή παρουσιάζει

μια μοναδική ευκαιρία να δημιουργήσει μια μαζική αγορά για υψηλή προσωπική

και φιλική προς το χρήστη κινητή πρόσβαση στην κοινωνία της πληροφορίας.

Είναι γνωστό επίσης ότι θα χρησιμοποιεί κυρίως τον ευρείας ζώνης κώδικα

διαίρεσης πολλαπλής πρόσβασης (W- CDMA). Θα αυξήσει τις ταχύτητες δικτύων

σε 1Mbps ανά κινητό χρήστη και θα καθιερώσει πρότυπα global roaming.

Το ΙΜΤ-2000 έχει οριστεί από την ITU σαν ένα ανοιχτό διεθνές πρότυπο για

υψηλή χωρητικότητα, κινητό σύστημα τηλεπικοινωνιών με υψηλούς ρυθμούς

δεδομένων. Το UMTS έχει γίνει πρότυπο στο ευρωπαϊκό ινστιτούτο

τηλεπικοινωνιακών προτύπων (ETSI) στο πλαίσιο εργασίας για το ΙΜΤ-2000, σε

συνεργασία με άλλα τοπικά και διεθνή σώματα προτύπων σ’ ολόκληρο τον κόσμο

για να παράγουν λεπτομερή πρότυπα ώστε να ικανοποιούν τις ανάγκες της

αναπτυσσόμενης αγοράς για καθολική περιαγωγή (roaming) και διαθεσιμότητα

υπηρεσιών.

Το UMTS είναι πάνω από τα αναλογικά συστήματα πρώτης γενιάς (1G) και τα

ψηφιακά κινητά συστήματα δεύτερης γενιάς (2G) καθώς οι δυνατότητες του

είναι να υποστηρίζει ρυθμούς δεδομένων μέχρι 1Mb/sec. Αυτή η δυνατότητα μαζί

με την ενσωματωμένη δυνατότητα IP υπηρεσιών κάνει εφικτή την παροχή

multimedia υπηρεσιών καθώς και νέων εφαρμογών ευρείας ζώνης, όπως video



τηλεφωνία και video συνδιάσκεψη. Στο παρακάτω σχήμα φαίνεται η δομή της

ΙΜΤ-2000 (International Mobile Telecommunications in year 2000) οικογένεια.

IMT-2000

Family Member UMTS Family Member

Fixed Network Cellular Network

Analogue GSM GPRS IN/B-ISDN IN/N-ISDN IN/PSTN

Second Generation

Εικόνα 1.1

Τα ήδη υπάρχοντα συστήματα κυψελωτής τηλεφωνίας χρησιμοποιούν circuit

switched τεχνολογία για την μεταφορά δεδομένων. Το UMTS ενσωματώνει και

packed και circuit switched μεταφορά δεδομένων με τα παρακάτω οφέλη:

Εικονική διασύνδεση στο δίκτυο σε κάθε χρονική στιγμή.

Εναλλακτικούς τρόπους πληρωμής (π.χ. ανά bit, ανά περίοδο, ασύμμετρο

ul/dl) όπως απαιτείται από ορισμένες ανερχόμενες εφαρμογές.

Το UMTS έχει σχεδιαστεί ώστε να προσφέρει data rate on demand, το οποίο σε

συνδυασμό με τα packet δεδομένα θα κάνει τη λειτουργία του συστήματος πολύ

πιο φτηνή. Οι UMTS υπηρεσίες είναι βασισμένες σε κοινές δυνατότητες για

όλους τους χρήστες και για όλα τα ραδιοφωνικά περιβάλλοντα. Όταν κάνει

roaming από το δικό του δίκτυο σε δίκτυο άλλου UMTS operator, ένας χρήστης

θα αισθάνεται ένα σετ από υπηρεσίες αντίστοιχες αυτών που έχει στο δικό του

home δίκτυο (Virtual Home Environment–VHE). Το VHE θα διασφαλίζει την

παράδοση όλου του περιβάλλοντος που παρέχει ο service provider, ανεξάρτητα



από το μέσο προσπέλασης (δορυφορικό ή επίγειο). To VHE θα επιτρέπει στο

τερματικό να διαπραγματεύεται τη λειτουργικότητα με το επισκεπτόμενο δίκτυο,

πιθανός με κάποιο πρόγραμμα που θα γίνεται down load και οι “home-like”

υπηρεσίες θα παρέχονται με πλήρη ασφάλεια και διαφάνεια μεταξύ ενός

μείγματος από access και core δίκτυα.

Το UMTS θωρείται ως παγκόσμιο σύστημα το οποίο συνδυάζει και επίγεια και

δορυφορικά στοιχεία. Multi-mode τερματικά τα οποία θα λειτουργούν και σε 1G

συστήματα (π.χ. GSM 900 και 1800) ενώ παράλληλα θα διευρύνουν τις

λειτουργίες αυτών των συστημάτων και σε νέες υπηρεσίες του UMTS. Με αυτά

τα τερματικά ένας χρήστης θα είναι σε θέσει να κάνει roaming από ένα ιδιωτικό

δίκτυο σε ένα picocellural/microcellural δημόσιο δίκτυο και μετά σε ένα ευρείας

περιοχής macrocellural δίκτυο και μετά σε ένα δορυφορικό με ελάχιστη απώλεια

σύνδεσης. Στο επόμενο σχήμα φαίνεται η γενική τοπολογία της ιεραρχικής δομής

ενός UMTS δικτύου. (Συγκεκριμένα εμφανίζεται η αρχιτεκτονική της έκδοσης

99).

Εικόνα 1.2 Κόμβοι UMTS δικτύου



Η UTRA διασύνδεση του UMTS θα παρέχει λειτουργία με υψηλή διαχείριση

εύρους και ποιότητα υπηρεσίας. Συγκεκριμένα οι πρακτικές υλοποιήσεις των

UMTS τερματικών δεν θα είναι ικανές να υποστηρίξουν το μέγιστο bit rate όλο το

χρόνο και σε απομακρυσμένες περιοχές ή σε περιοχές συμφόρησης για το

σύστημα αλλά η συσκευή θα είναι ικανή να υποστηρίξει κάποιους ελάχιστους

ρυθμούς δεδομένων. Για να επιτρέπεται στον χρήστη να χρησιμοποιεί πάντοτε το

τερματικό του, οι υπηρεσίες θα παρέχονται σε διαφορετικά data rate,

διαθεσιμότητα και σε διάφορες Quality of Service παραμέτρους.

Η δορυφορική τεχνολογία αναμένεται να παίξει ένα σημαντικό ρόλο στη

παγκοσμιοποίηση του UMTS, στην παροχή των υπηρεσιών του καθώς και στη

παγκόσμια κάλυψη. Το UMTS στανταροποιείται ώστε να διασφαλίζει αποδοτικό

και αποτελεσματικό roaming και handover μεταξύ δορυφορικών και επίγειων

δικτύων.

Το UMTS αποτελείται από έναν αριθμό λογικών στοιχείων δικτύου το καθένα

από τα οποία έχει μια σαφώς καθορισμένη λειτουργικότητα. Στις προδιαγραφές,

τα δικτυακά στοιχεία προσδιορίζονται ως το λογικό επίπεδο, αλλά στις

περισσότερες των περιπτώσεων κάτι τέτοιο οδηγεί σε παρόμοια φυσική

υλοποίηση, πολύ περισσότερο δε επειδή υπάρχει ένας αριθμός ανοιχτών

διεπαφών. Τα δικτυακά στοιχεία μπορούν να ομαδοποιηθούν είτε σύμφωνα με

τις παρόμοιες λειτουργικότητες που διαθέτουν είτε ανάλογα με το σε ποιο υπο-

δίκτυο ανήκουν.

Όσον αφορά την λειτουργικότητα τους, τα δικτυακά στοιχεία ομαδοποιούνται

στο Επίγειο Δίκτυο Πρόσβασης Ραδιοσυχνοτήτων (Radio Access Network- RAN

UMTS Terrestrial Run = UTRAN το οποίο και χειρίζεται όλες τις ραδιοκυματικές

λειτουργικότητες, και στο Κεντρικό Δίκτυο (Core Network - CN), το οποίο είναι

υπεύθυνο για την μεταγωγή και την δρομολόγηση των συνδέσεων προς τα

εξωτερικά δίκτυα κλήσεων και δεδομένων. Το σύστημα συμπληρώνεται από τον

Εξοπλισμό Χρήστη (User Equipment - UE) που αλληλεπιδρά με τον χρήστη.

Από άποψη προτύπων και ειδικών χαρακτηριστικών τόσο ο Εξοπλισμός Χρήστη

(UE) όσο και το UTRAN αποτελούνται από εντελώς νέα πρωτόκολλα, ο

σχεδιασμός των οποίων βασίστηκε στις ανάγκες της καινούριας

ραδιοτεχνολογίας W-CDMA (ακόλουθοι πίνακες). Στον αντίποδα, ο ορισμός του



Κεντρικού Δικτύου (Core Network) προήλθε από το GSM. Κάτι τέτοιο προικίζει

το σύστημα με την καινούρια ραδιοκυματική τεχνολογία και με μια σφαιρική

χρήση γνωστής και ενισχυμένης τεχνολογίας η οποία επιταχύνει και διευκολύνει

την εισαγωγή της και καθιστά εφικτά μια σειρά από ανταγωνιστικά

πλεονεκτήματα σχετικά με την παγκόσμια περιαγωγή.

Πίνακας 1.1 Πρόταση της ITU για Επίγεια Μετάδοση



Πίνακας 1.2 Βασικές διαφορές μεταξύ διεπαφών WCDMA και GSM

Ένας άλλος τρόπος ομαδοποίησης των στοιχείων δικτύου UMTS είναι ο

χωρισμός τους σε υπο-δίκτυα. Το σύστημα UMTS είναι αρθρωτό (modular) με

την έννοια ότι υπάρχει δυνατότητα να διαθέτει έναν αριθμό από δικτυακά

στοιχεία του ίδιου τύπου.

Θεωρητικά, η ελάχιστη προϋπόθεση για ένα δίκτυο με πλήρη χαρακτηριστικά

που να λειτουργεί είναι να έχει τουλάχιστον ένα λογικό στοιχείο δικτύων από

κάθε τύπο. Η πιθανότητα να συγκεντρώνει διαφορετικές οντότητες του ίδιου

τύπου είναι αυτή που επιτρέπει τον χωρισμό του συστήματος UMTS σε υπο-

δίκτυα που είναι λειτουργικά είτε αυτόνομα είτε σε συνεργασία με άλλα υπο-

δίκτυα και που ξεχωρίζουν το ένα από το άλλο έχοντας μοναδικές ταυτότητες.

Ένα τέτοιο υποδίκτυο καλείται UMTS Δημόσιο Κινητό Δίκτυο Ξηράς (UMTS

Public Land Mobile Network - PLMN) – Τυπικά ένα PLMN λειτουργεί από ένα

και μοναδικό διαχειριστή και συνδέεται με άλλα PLMN καθώς και με άλλου

τύπου δίκτυα σαν τα ISDN, PSTN και το Διαδίκτυο. Το UMTS μπορεί να

συνδεθεί με πολλά τέτοια δίκτυα για την κάλυψη όλων των αναγκών.



1.1.2 Φάσμα για το UMTS

Το WRC’91 όρισε τις μπάντες συχνοτήτων 1885-1015 MHz και 1110-1100 MHz

για της μελλοντικές γενιές του IMT-1000 με τις μπάντες 1980-1010 MHz και

1170-1100 MHz για το δορυφορικό κομμάτι αυτών των μελλοντικών συστημάτων.

Ενώ οι αναμενόμενοι τρόποι πρόσβασης θα είναι W-CDMA ή TD-CDMA. Στο

επόμενο σχήμα φαίνεται ο χάρτης απόδοσης των συχνοτήτων που έχει οριστεί

από την IMT-2000 για το τα συστήματα τρίτης γενιάς. [4]

Εικόνα 1.3 Φάσμα του UMTS

Η Ευρώπη κι η Ιαπωνία έχουν αποφασίσει να υλοποιήσουν το επίγειο κομμάτι

των UMTS στα ζευγάρια μπαντών 1910-1980 ΜΗz και 1110-1170 ΜΗz. Η

Ευρώπη επίσης αποφάσισε να υλοποιήσει το UTRA στις αζευγάρωτες μπάντες

(unpaired bands) 1900-1910 ΜΗz και 1010-1015 ΜΗz.

Η Ζώνη συχνοτήτων από 1900-1910 και 1010-1015MHz θα χρησιμοποιήσει τη

τεχνολογία Time Division Duplex (TDD, TD/ CDMA). Το αταίριαστο διάστημα ή

η απόσταση μεταξύ των καναλιών είναι 5 MHz και το εύρος ζώνης είναι 100kHz.

Η μετάδοση (Tx) και η λήψη (Rx) των σημάτων δεν είναι χωρισμένη σε αυτήν

την ζώνη συχνότητας.



Η Ζώνη συχνοτήτων από 1910-1980 και 1110-1170MHz χρησιμοποιεί τη

τεχνολογία Frequency Division Duplex (FDD, W-CDMA). Τα κανάλια uplink και

downlink ή το διάστημα των φερόντων σημάτων μπορούν να ποικίλουν από 4,1

έως 5,4MHz και το εύρος ζώνης είναι 100kHz. Επιπλέον, τα "soft" handover ή

"inter-frequency" handover είναι δυνατά χρησιμοποιώντας το W-CDMA. Ένας

χειριστής θα χρειαστεί τρία ή τέσσερα κανάλια (1x15 ή 1x10 MHz) για να είναι σε

θέση να έχει μεγάλη ταχύτητα και ένα μεγάλης χωρητικότητας δίκτυο που

ναέχει το 1980-1010MHz και 1170-1100MHz uplink και downlink και ικανότητα

δορυφορικής σύνδεσης.

Η Ευρώπη και η Ιαπωνία έχουν συμφωνήσει να έχουν τα κοινά κανάλια

συχνότητας για τις εφαρμογές UMTS. Η Βόρεια Αμερική ακόμα δεν έχει

αποφασίσει σχετικά με την κατανομή φάσματος και η ολοκλήρωση του UMTS με

τα παρόντα συστήματα κινητής τηλεφωνίας των ΗΠΑ. Οι διαπραγματεύσεις για

το φάσμα συνεχίζονται ακόμα μεταξύ των λειτουργών τηλεπικοινωνιών και του

εξουσιοδοτημένου ελεγκτικού σώματος.

Η περίληψη των ζωνών συχνότητας που το UMTS θα χρησιμοποιήσει

παρουσιάζεται στην εικόνα 1.4 Το δορυφορικό κομμάτι του συστήματος θα

χρησιμοποιήσει το S-band Mobile Satellite Service (MSS) κομμάτι του φάσματος

προσδιορισμένο για δορυφορικό IMT-2000 και θα παράσχει υπηρεσίες

συμβατές με τα επίγεια συστήματα UMTS.



Εικόνα 1.4 UMTS frequency bands



1.1.3 Τι μπορεί να προσφέρει το σύστημα UMTS

Γρήγορη πρόσβαση στο Internet. Με ταχύτητες έως και 384kbps το κινητό

προσφέρει ταχύτητες πρόσβασης παρόμοιες με αυτές της τεχνολογίας

xDSL.

Εφαρμογές πολυμέσων σε πραγματικό χρόνο. Σε αυτές περιλαμβάνονται

υψηλής ποιότητας ήχος, εικόνα ακόμη και η αναμενόμενη δυνατότητα

τηλεδιάσκεψης από το κινητό!

Υψηλής ταχύτητας μετάδοση μηνυμάτων, συμπεριλαμβανομένων και των

mms αλλά και μηνυμάτων email, τα οποία πλέον θα αποστέλλονται και θα

λαμβάνονται σε ελάχιστο χρόνο!

Υψηλής ποιότητας παιχνίδια, τα οποία θα μπορούν να παίζονται online σε

πραγματικό χρόνο και ταυτόχρονα με άλλους παίκτες.

Υπηρεσίες εύρεσης θέσεως, σε συνδυασμό με την τεχνολογία GPS, οι

οποίες θα μπορούν να παρέχουν χάρτες τη περιοχής που βρισκόμαστε,

εύρεση βέλτιστης διαδρομής προς τον προορισμό μας, γειτονικά σημεία

ενδιαφέροντος κλπ.

Μετά την ευρεία διείσδυση της τεχνολογίας 3G αναμένεται να διατεθούν

ακόμη περισσότερες υπηρεσίες, όπως μετάδοση τηλεοπτικών εκπομπών

και υπηρεσίες παγκόσμιας περιαγωγής.

1.1.4 Επίσης το UMTS μπορεί να προσφέρει:

1. Postcards & commercia l stills : Με τη χρησιμοποίηση του δικτύου

UMTS οι χρήστες θα είναι σε θέση να στείλουν και να λάβουν ηλεκτρονικές

κάρτες. Οι συσκευές που έχουν ενσωματωμένες φωτογραφικές μηχανές είναι

περισσότερο κατάλληλες για τη χρήση αυτής της υπηρεσίας.

1. Mobile music : Στοχεύοντας σε εκείνους που χρησιμοποιούν ένα

προσωπικό στερεοφωνικό συγκρότημα, αυτή η υπηρεσία θα παράσχει τη



δυνατότητα στο χρήστη να επιλέξει τη μουσική από απομακρυσμένα sites και να

την «φορτώσει» στη συσκευή του. Οι συσκευές θα είναι τότε σε θέση να

αναπαράγουν τη μουσική, ή εάν παρέχονται κατάλληλες διεπαφές τότε η

συσκευή μπορεί να συνδεθεί με ένα κατάλληλο εξοπλισμό για την ακρόαση.

3. Video clips : Αυτή η υπηρεσία θα παρέχει στο χρήστη την ικανότητα να

«κατεβάζει» video clips . Ικανές συσκευές θα είναι σε θέση να καταγράψουν τα

Video clips και να τα στείλουν έπειτα σε άλλους χρήστες. Αυτό δεν είναι

υπηρεσία πραγματικού χρόνου.

4. Πολυμέσα: Ο ρόλος τους είναι να συντονίσουν τη μεταφορά διαφόρων

μέσων (βίντεο, εικόνες, μουσική, κ.λπ...) στους διάφορους χρήστες. Φαίνεται ότι

αυτό θα επιτευχθεί με την ενσωμάτωση του περιεχομένου σε ένα email το οποίο

η συσκευή θα εξαγάγει έπειτα από την παραλαβή.

5. Video conferencing : Μια υπηρεσία που θα επιτρέψει στους χρήστες με

τις κατάλληλα εξοπλισμένες συσκευές, την τηλεοπτική διάσκεψη μεταξύ τους και

ακόμη και με πολλούς άλλους χρήστες. Η οθόνη της συσκευής θα εμφανίζει σε

πραγματικό χρόνο την εικόνα του καλούμενου μαζί με μια μικρότερη εικόνα του

χρήστη (που παράγεται μέσω της ενσωματωμένης φωτογραφικής μηχανής), οι

χρήστες θα είναι σε θέση να ακούσουν και να δουν ο ένας τον άλλον.

4. Find & guide : Οι χρήστες επιλέγουν τους προορισμούς που τους

ενδιαφέρουν σε μια τοπική περιοχή. Η συσκευή θα τους καθοδηγήσει έπειτα

στον επιθυμητό προορισμό. Παραδείγματος χάριν, ο χρήστης μπορεί να θελήσει

να βρει τα εστιατόρια στην τοπική περιοχή.

7. Localised push advertising : Με βάση τη θέση μας, οι αναφορές από

εκείνη την περιοχή μας στέλνονται για να μας ενημερώσουν για ειδικές

προσφορές, ενδιαφέροντα μέρη για επίσκεψη κ.λπ. Ο χρήστης μπορεί να

καθορίσει δικό του προφίλ με το οποίο μόνο αυτά που τον ενδιαφέρουν από τις

τοπικές αναφορές να του εμφανίζονται.

8. Managed back - up : Οι συσκευές θα είναι σύνθετες και θα περιέχουν

πολλές πληροφορίες, είτε είναι της φύσης Personal Information Manager (PIM)

ή των βίντεο, μουσικής, στοιχείων που ο χρήστης έχει «κατεβάσει». H

υπηρεσία θα είναι διαθέσιμη σε εκείνους τους ανθρώπους οι οποίοι θέλουν να

υποστηρίξουν τα δεδομένα τους σε περίπτωση που χαθούν.



9. Group working & job scheduling : Παρέχει την υπηρεσία που επιτρέπει

στους συνδρομητές να σχεδιάζουν συναντήσεις, κοινωνικά γεγονότα, κ.λπ. ο ένας

με τον άλλο.

10. Fast & secure mobile office : Πρόσβαση στο εσωτερικό δίκτυο των

χρηστών, το διαδίκτυο, δυνατότητα να «κατεβάζουν» τα email τους καθώς και

εφαρμογές γραφείου. Στοχεύει να παρέχει ένα περιβάλλον ασύρματου κινητού

γραφείου.

11. M - commerce : Θα διευκολύνει τις αγορές που γίνονται με την χρήση

e-wallet που θα το δημιουργεί ο χρήστης για εύκολη πληρωμή χωρίς να

χρειάζεται να επανεισάγονται οι πληροφορίες της πιστωτικής κάρτας.

Ακολουθώντας μια διαδικασία εγγραφής με την οποία θα καθιερωθεί σαφή

ευθύνη για τις οικονομικές συναλλαγές που αναλαμβάνονται, οι πελάτες

μπορούν "να αναζητήσουν" και να αγοράσουν αγαθά και υπηρεσίες σε ένα

κινητό περιβάλλον διαδικτύου.

1.1.5 Διαφορές δικτύων 1ης και 3ης γενεάς

Πριν ολοκληρώσω αυτήν την παρουσίαση θεωρώ σκόπιμο να αναφέρω

κάποιες διαφορές των δικτύων 1ης και 3ης γενεάς.

Μια σημαντική διάκριση μεταξύ των δικτύων GSM και UMTS είναι ο

τρόπος που επηρεάζονται από τις υπηρεσίες δεδομένων. Ακόμη και με τις

πιο πρόσφατες εξελίξεις στο GSM όπως HSCSD και GPRS, οι επιπτώσεις

στην απόδοση των δικτύων είναι ακόμα σημαντικά διαφορετική από

εκείνες στο UMTS. Με το GSM, η εισαγωγή των υπηρεσιών δεδομένων

έχει επιπτώσεις μόνο στους πόρους που είναι διαθέσιμοι για

μεμονωμένους χρήστες. Η παρεμβολή μέσα το δίκτυο θα είναι η ίδια είτε

φορτώνεται πλήρως με χρήστες φωνής είτε με μερικούς χρήστες

δεδομένων που καταλαμβάνουν όλες τις χρονοθυρίδες και τα ζεύγη

συχνοτήτων. Αντίθετα, με το UMTS η πιθανή παρεμβολή που εισάγεται

από έναν χρήστη που χρησιμοποιεί υψηλούς ρυθμούς δεδομένων



εξαρτάται από την θέση μέσα στην κυψέλη που βρίσκεται αυτός. Γενικά,

οι υπηρεσίες που χρησιμοποιούν

υψηλούς ρυθμούς μετάδοσης δεδομένων υιοθετούν έναν πιο σύντομο

κώδικα διάδοσης και έχουν έτσι ένα μειωμένο κέρδος διάδοσης. Για να

υπερνικήσει αυτήν την απώλεια η υπηρεσία μπορεί να μεταδοθεί με

υψηλότερη ενέργεια. Αυτοί οι παράγοντες οδηγούν σε μεγάλες

διακυμάνσεις των παρεμβολών.

Μια άλλη διαφορά μεταξύ του σχεδιασμού UMTS και GSM αφορά τον

προσδιορισμό θέσης των σταθμών βάσεων. Οι εταιρείες κινητής

τηλεφωνίας επιθυμούν σίγουρα να επαναχρησιμοποιήσουν όσο το

δυνατόν περισσότερα από τις υπάρχουσες περιοχές κυψελών, όχι μόνο

λόγω του κόστους αλλά και λόγω της μεγάλης έλλειψης κατάλληλων

περιοχών στις αστικές περιοχές για τοποθέτηση νέων. Ενώ οι θέσεις για

τους σταθμούς βάσεων ήταν μια από τις μεταβλητές στη διαδικασία

σχεδιασμού για το GSM, αυτό θα προκαθοριστεί σε μια πολύ μεγαλύτερη

έκταση στο UMTS. Αυτό μπορεί να προκαλέσει δυσκολίες κατά τη

διάρκεια του σχεδιασμού - η επιθυμητή χωρητικότητα μπορεί να μην είναι

επιτεύξιμη με τις παρούσες περιοχές και μπορεί να αναγκάσει τις

εταιρείες να υποβαθμίσουν την υπηρεσία σε μια περιοχή έως ότου

διατεθούν νέες περιοχές . Ένα τελικό ζήτημα για τους αρμόδιους για το

σχεδιασμό για να εξετάσουν είναι η έννοια της «μαλακής» μεταγωγής. Τα

συστήματα GSM χρησιμοποιούν τη «σκληρή» μεταγωγή μεταξύ των

κυψελών, το οποίο σημαίνει ότι ο χρήστης συνδέεται με μια κυψέλη τη

φορά. Καθώς η κινητή συσκευή κινείται από την μια άκρη στην άλλη του

δικτύου περνά από ένα σταθμό βάσης σε έναν άλλο. Τα συστήματα CDMA

είναι ευαίσθητα σε αυξήσεις της ισχύος μετάδοσης. Στην άκρη μιας

κυψέλης, ένας χρήστης θα πρέπει να αυξήσει τη ισχύ μετάδοσής του στο

σταθμό βάσης και αυτό θα οδηγήσει σε μια γενική υποβάθμιση

ικανότητας στο δίκτυο. Η έννοια της «μαλακής» μεταγωγής αναπτύχθηκε

για το CDMA έτσι ώστε η ισχύς μετάδοσης του χρήστη να μπορεί να

παραληφθεί σε δύο ή περισσότερους σταθμούς βάσης και να συνδυαστεί



έπειτα στο διακόπτη. Αυτό σημαίνει ότι ο χρήστης είναι σε θέση να

διαβιβάσει σε χαμηλότερο επίπεδο ισχύος, το οποίο θα μειώσει

ενδεχομένως την παρεμβολή. Το μειονέκτημα είναι ότι αυξανόμενη

σηματοδότηση απαιτείται στο backbone, έτσι ώστε ο αυστηρός έλεγχος

της περιοχής «μαλακής» μεταγωγής να καθίσταται σημαντικός.

1.1.6 Άλλα χαρακτηριστικά του UMTS

Το UMTS επίσης θα ξεχωρίσει από τις προηγούμενες 1G τεχνολογίες λόγω των

ακόλουθων προηγμένων χαρακτηριστικών

Μέχρι 1Mbps χωρητικότητα μετάδοσης δεδομένων στα δίκτυα κινητής

επικοινωνίας.

Υποστήριξη των ευρείας ζώνης δικτύων πρόσβασης με την ενσωμάτωση

του UMTS στο Ευρείας Ζώνης Ψηφιακό Δίκτυο Ολοκληρωμένων

Υπηρεσιών (Β-ISDN) χρησιμοποιώντας το πρωτόκολλο Ασύγχρονος

Τρόπος Μεταφοράς (ATM).

Υποστήριξη μιας ευρείας σειράς από υπηρεσίες πελατών, όπως οι

ψηφιακές υπηρεσίες καλωδιακής τηλεόρασης.

Ένα open-source ψηφιακό σύστημα που να επιτρέψει τη δημιουργία νέων

υπηρεσιών και εφαρμογών βάση των απαιτήσεων της βιομηχανίας.

Δυναμική κατανομή καναλιών καθώς επίσης και επαναχρησιμοποίηση

συχνότητας, συμπεριλαμβανομένου "on-demand".

Υποστήριξη και για δημόσιες και ιδιόκτητες υπηρεσίες με έναν αμοιβαία

ωφέλιμο τρόπο.

Ποιότητα υπηρεσίας (QoS) τουλάχιστον ίση με το σταθερό δίκτυο,

συμβατότητα με της διαδικασίες των ευφυών δικτύων, και υποστήριξη

για όλα τα ενσύρματα και ασύρματα συστήματα.

Σύγκλιση των παρόντων κινητών συστημάτων, και ταυτόχρονα σεβασμό

για την ελευθερία του χρήστη στην επιλογή των υπηρεσιών/ εφαρμογών

σύμφωνα με τις προσωπικές απαιτήσεις.



Υπηρεσίες παγκόσμιας κάλυψης (τουλάχιστον πανευρωπαϊκές ),

καλύπτοντας όλα τα περιβάλλοντα και τις εκτάσεις ώστε να προσφερθεί η

δυνατότητα " roaming " σε όλο τον κόσμο.

Η χρήση των ευφυών καρτών Subscriber Identity Module (SIM) με

περισσότερη μνήμη, καλύτερη κρυπτογράφηση, καλύτερη απόδοση της

Κεντρικής Μονάδας Επεξεργασίας (CPU) , και ενσωματωμένη λειτουργία.

Αυτό το χαρακτηριστικό θα επιτρέψει υπηρεσίες ηλεκτρονικού εμπόριου

(e-commerce) ή την ηλεκτρονική κράτηση εισιτηρίων (e-ticketing) καθώς

επίσης και πολλές υπηρεσίες Β-Β και Β-C.

Διαμοιρασμός των πόρων του φάσματος μεταξύ των ιδιωτικών και

δημόσιων δικτύων στις περιοχές των πόλεων.

Διαμοιρασμός των πόρων του φάσματος μεταξύ όλων των εφαρμογών,

παραδείγματος χάριν, μια ή πολλές εφαρμογές /υπηρεσίες που τρέχουν

ταυτόχρονα.

Καθιστώντας το UMTS συμβατό με τις συστάσεις και τους κανονισμούς

της ITU.

1.1.7 Ορισμοί κατηγοριών στο UMTS

Όπως ανέφερα και στην εισαγωγή οι κατηγορίες στο UMTS καθορίζονται

σύμφωνα με το traffic pattern των χρηστών. Συνεπώς, το UMTS καθορίζει

τέσσερις κατηγορίες ως εξής:

Conversational κατηγορία: Αυτή συσχετίζεται με τη φωνητική

τηλεφωνία και τις σχετικές υπηρεσίες. Αυτή η κατηγορία αναμένεται

να είναι για ευρεία χρήση.

Streaming κατηγορία: Αυτή συσχετίζεται λίγο πολύ με τις

υπηρεσίες βίντεο ή ήχου σε πραγματικό χρόνο. Η Streaming

κατηγορία συσχετίζεται κυρίως με το αντίστροφο κανάλι και είναι

μονόδρομη.



Interactive κατηγορία: Αυτή η κατηγορία θα χρησιμοποιήσει και

τα δύο κανάλια (forward and reverse), αλλά θα απαιτήσει ένα πολύ

χαμηλότερο ρυθμό λαθών.

Background κατηγορία: Παρόμοια με τη Interactive κατηγορία,

αλλά θα έχει μια πολύ χαμηλότερη προτεραιότητα από τη Interactive

κατηγορία.

1.2 ΑΡΧΙΤΕΚΤΟΝΙΚΗ ΤΟΥ UMTS ΔΙΚΤΥΟΥ ΚΑΙ ΠΡΩΤΟΚΟΛΛΑ

1.2.1 ΑΡΧΙΤΕΚΤΟΝΙΚΗ ΤΟΥ UMTS

Όπως έχει προαναφερθεί, το UMTS είναι ένα τρίτης γενεάς ασύρματο σύστημα

που σχεδιάστηκε για να προσφέρει ψηλότερα bit rates και ανεπτυγμένες

υπηρεσίες σε συνδρομητές. Είναι επίσης γνωστό ότι ένα από τα επικρατέστερα

συστήματα δεύτερης γενεάς είναι το GSM, αλλά αφού είναι σχεδιασμένα για

circuit switched υπηρεσίες φωνής και προσφέρουν χαμηλά data rates, δεν είναι

τόσο κατάλληλο για την υποστήριξη packet switched υπηρεσιών διαδικτύου.

Αυτός ήταν και ο κύριος λόγος της προσθήκης του GPRS δικτύου στο GSM, για

την επαρκή υποστήριξη packet switched υπηρεσιών. Τα GSM/GPRS δίκτυα

συχνά αναφέρονται και σαν 2.5 γενεάς δίκτυα. Ακόμη και με το GPRS, τα bit

rates περιορίζονται στα 44 kbps ανά συνδρομητή και υποστηρίζονται μόνο

packet switched υπηρεσίες μη πραγματικού χρόνου. Το UMTS, σαν η εξέλιξη του

GSM/GPRS, προσφέρει data rates μέχρι και 1 Μbps και υποστηρίζει

ανεπτυγμένες υπηρεσίες streaming video και audio και υπηρεσίες που

βασίζονται στην τοποθεσία (location based services).

Η προτυποποίηση του UMTS έχει περάσει μέχρι τώρα από δυο φάσεις. Η πρώτη

φάση είναι γνωστή σαν Έκδοση 99 (Release 99). Το επόμενο βήμα της

προτυποποίησης είναι η Έκδοση 2000 (Release 2000). Όμως λόγο του μεγάλου

αριθμού των αλλαγών που είχαν προταθεί, είχε αργότερα χωριστεί σε δυο

ξεχωριστές εκδόσεις: Έκδοση 4 (Release 4) και Έκδοση 5 (Release 5).



Οι εργασίες προς τις επόμενες εκδόσεις συγκεντρώνονται περισσότερο στο πως

να αναμείξουν ΙΡ και στο core δίκτυο καθώς και στο δίκτυο ραδιο - πρόσβασης.

Αυτό σημαίνει ότι μπορούμε να αναμένουμε τις καινούργιες αρχιτεκτονικές να

είναι πιο πολύ ταυτισμένες με την IP αρχιτεκτονική. Μια από τις αναμενόμενες

εκδοχές του UMTS είναι και η ALL – IP η οποία θα είναι και η βάση της πρώτης

ανάπτυξης του UMTS. Ο σκοπός της ALL – IP αρχιτεκτονικής είναι να

επιτρέπεται στους διαχειριστές η χρήση ΙΡ τεχνολογίας για την πραγματοποίηση

τρίτης γενεάς υπηρεσιών [17]. Με άλλα λόγια, μια αρχιτεκτονική βασισμένη σε

τεχνολογίες πακέτου και ΙΡ τελεφωνία για ταυτόχρονες υπηρεσίες πραγματικού

και μη πραγματικού χρόνου. Αυτή η εκδοχή είναι ιδιαίτερα ενδιαφέρουσα, αφού

προσθέτει την έννοια της διαχείρισης κινητικότητας, βάσει του IP.

Στην συνέχεια θα αναλυθεί περισσότερο η Έκδοση 99, αφού είναι και η βασική

αρχιτεκτονική των UMTS και θα γίνει αναφορά στις Εκδόσεις 4 και 5. Ακολουθεί

επίσης περισσότερη ανάλυση της ALL – IP αρχιτεκτονικής.

Εικόνα 1.5 Αρχιτεκτονική UMTS phase 1



Θεωρώ σκόπιμο να σταθούμε λίγο σε αυτή την εικόνα και να παρατηρήσουμε την

δομή των κόμβων που βλέπουμε. Ξεκινώντας δε από αυτή θα ξεδιπλώσω όλη την

ανάλυση για το σημερινό μοντέλο του δικτύου.

Α. Έκδοση Πρώτη (Release 99)

Οι πρώτες εμπορικές υπηρεσίες UMTS, βασίζονται στο UMTS Έκδοση 99. Οι

προδιαγραφές της Έκδοσης 99 καθορίζουν την βασική αρχιτεκτονική που

αποτελείται από το ραδιο - δίκτυο πρόσβασης (radio access network) UMTS

επίγειο, (UTRAN) το οποίο έχει καθοριστεί με τα ικανότερα στοιχεία και

πρωτόκολλα και το κυρίως δίκτυο που χωρίζεται στο Circuit Switched Core

Network (CS – CN) και το Packet Switched Core Network (PS – CN). Η Έκδοση

99 προσφέρει τις «παραδοσιακές» circuit και packet switched υπηρεσίες. Δίνεται

πολλή έμφαση στην δυνατότητα ομαλής εξέλιξης από τα GSM στα UMTS δίκτυα.

Το UMTS δίκτυο πρέπει να είναι προς τα πίσω συμβατό (backward compatible)

με GSM δίκτυα, να μπορεί να λειτουργεί μαζί με το GSM και βασίζεται πάρα

πολύ στο GPRS στο packet mode.

Β. Καινοτομίες και νέα στοιχεία στην Έκδοση 99

Οι πιο σημαντικές καινοτομίες που εισάγονται (συγκρίνοντας με το GSM) είναι

μια νέα ράδιο- διαπροσωπία (radio interface), μια σημαντική αύξηση στο

bandwidth, προνοώντας τόσο για circuit switched όσο και packet switched

συμφόρηση, καθώς και την εισαγωγή της ΑΤΜ τεχνολογίας στην διαπροσωπεία

μεταξύ του ραδιο - δικτύου πρόσβασης και του κυρίως δικτύου (core network).

Έχει επίσης την αποδοτικότερη (με γενικά καλύτερη φασματική αποδοτικότητα)

ραδιο - μέθοδο προσπέλασης WCDMA.

Τα νέα στοιχεία στο δίκτυ UMTS, όπως φαίνονται σε ακόλουθο σχήμα είναι: User

equipment Κόμβος B (node B), Radio Network Subsystems (RNC), και

δομοστοιχεία διαπροσωπιών (interface modules - IS).



Εικόνα 1.6 Διασύνδεση Κόμβων στο UMTS

Ο εξοπλισμός χρήστη (UE) αποτελείται από το κινητό τερματικό (MT), τον

εξοπλισμό τερματικού (ΤΕ) και την Subscriber Identify Module (USIM). To

UTRAN αποτελείται από τον Κόμβο-Β (Node-B) (ή αλλιώς σταθμό βάσης) και

τον Radio Network Controller (RNC). O RNC είναι υπεύθυνος για το γενικό

έλεγχο των λογικών πόρων που παρέχονται από τους Κόμβους-Β. Ο RNC

διαχειρίζεται τους πόρους του air interface μεταξύ των Κόμβων-Β και των

σχετικών με αυτούς UE. O Κόμβος-Β παρέχει λογικούς πόρους που αντιστοιχούν

στους πόρους μιας ή περισσοτέρων κυψελών στον RNC. Είναι αρμόδιος για την

εκπομπή και λήψη στις κυψέλες που διαχειρίζεται. Ένας Κόμβος-Β μπορεί να

ελέγξει αρκετές κυψέλες διαχειριζόμενος το air interface του δικτύου για τους

σχετιζόμενους με αυτό UEs. Είναι αρμόδιος για την αναμετάδοση των πακέτων

μεταξύ των UEs και του RNC. O Κόμβος-Β είναι επίσης υπεύθυνος για την

ενίσχυση του RNC με τη διαχείριση των πόρων μέσω του πρωτοκόλλου

αποστολής μηνυμάτων σηματοδοσίας Node-B Application Protocol (NBAP).

Ο κόμβος υποστήριξης Serving GPRS (SGSN) παρακολουθεί τη θέση των

μεμονωμένων UEs και διεκπεραιώνει λειτουργίες ασφάλειας και ελέγχου

πρόσβασης. Ο κόμβος υποστήριξης Gateway GPRS ενθυλακώνει εισερχόμενα

πακέτα από εξωτερικά δίκτυα πακέτων (IP) και τα δρομολογεί στο SGSN.



Πιο αναλυτικά, στο ακόλουθο σχήμα βλέπουμε την διασύνδεση του UMTS με

άλλα συστήματα:

Εικόνα 1.7 Άλλη παρουσίαση της δομής του Core Network

1.2.2 UMTS ΈΚΔΟΣΗ 2000 (ΈΚΔΟΣΗ 4 ΚΑΙ ΈΚΔΟΣΗ 5)

Η επόμενη φάση στην ανάπτυξη των UMTS ήταν η Έκδοση 2000, η οποία

κυκλοφόρησε σαν δυο εκδόσεις, η Έκδοση 4 και Έκδοση 5. Ακολουθούν οι

βασικές αλλαγές και καινοτομίες κάθε έκδοσης.

UMTS ΈΚΔΟΣΗ 4

Σαν επόμενο βήμα, έχει διασπαστεί η σύνδεση και ο έλεγχος την σύνδεσης από

το CS – CN. Τα δεδομένα του χρήστη μεταφέρονται μέσω Media Gateways

(MGW), ένα νέο στοιχείο που εισαγάγεται στο CS-CN, και τον έλεγχο των

συνδέσεων θα διαχειρίζεται ο MSC Εξυπηρετητής, ξεχωριστό στοιχείο που

αναπτύχθηκε από το MSC/VLR. Η MGW θα είναι υπεύθυνη για την διατήρηση



της σύνδεσης και το switching, ενώ ο MSC εξυπηρετητής θα ελέγχει την σύνδεση.

Χάρη σε αυτό, το CS – CN θα είναι πιο κλιμακωτό (αυξομειώσιμο), και αν

χρειάζεται περισσότερη δυνατότητα switching, προσθέτονται MGWs αν

χρειάζεται περισσότερη δυνατότητα ελέγχου, προστίθεται ένας MSC

εξυπηρετητής.

Η MGW μπορεί να αλλάζει circuit switched συνδέσεις σε packet switched

συνδέσεις (voice over IP). Για να γίνουν δυνατές αυτού του είδους οι συνδέσεις,

έχει προστεθεί επίσης και το IP Multimedia System (IMS) στο δίκτυο. Η

λειτουργία του είναι ενδιάμεση των CS – CN και PS – CN για μεγαλύτερη

ομοιομορφία δικτύου. Το IMS θα χρησιμοποιείται επίσης και για IP based

υπηρεσίες πολυμέσων.

Τέλος, στην Έκδοση 4 το CAMEL έχει μια σύνδεση στα PS – CN στοιχεία και η

παρέχεται επίσης η δυνατότητα εισαγωγής του GSM/EDGE Δίκτυο Ράδιο

Πρόσβασης (Radio Access Network – GERAN) σαν μέρος του UTRAN.

UMTS ΈΚΔΟΣΗ 5

Καθώς οι εξελίξεις συνεχίζονται, όλη η κίνηση που έρχεται από τον κινητό κόμβο

πρέπει να γίνει IP based. Αυτό χρειάζεται κι άλλες βελτιώσεις (κυρίως σε

λογισμικό, αφού νέοι τύποι στοιχείων δικτύων δεν είναι αναγκαίοι) και

απαιτούνται εντελώς καινούργια τοπικά ΙΡ τερματικά (native IP terminals). Η

σημαντική καινοτομία της Έκδοσης 5 με λίγα λόγια, είναι η διαμόρφωση του

δικτύου σε ένα σημείο προς σημείο packet switch cellular δίκτυο. Για

παράδειγμα, γίνεται χρήση του SIP (Session Initiation Protocol) πρωτοκόλλου

για την δημιουργία φωνητικών κλήσεων από κινητούς χρήστες που λειτουργούν

σε packet mode κι έτσι οι φωνητικές κλήσεις δεν είναι υπευθυνότητα του CS-CN

πλέον. Παρουσιάζονται δυο κύριες λειτουργίες που εισήχθησαν στην Έκδοση 5,

η Call Session Control Function (CSCF) και η Media Gateway Control Function

(MGCF). Το CSCF, παράλληλα με αυτά που ανέφερα προηγουμένως, κυρίως

επεξεργάζεται μηνύματα σήμανσης (signaling) για έλεγχο των session

πολυμέσων. Για ένα συγκεκριμένο session, χρησιμοποιείται το CSCF για την



δημιουργία του και παροχή των διάφορων features του session, ενώ το PS-CN

χρησιμοποιείται για υποστήριξη του μονοπατιού φορέα (bearer path) [14].

Επίσης η MGCF χρησιμοποιείται για τον έλεγχο ενός ή περισσότερων MGWs.

Χρησιμοποιείται για διαχείριση της σύνδεσης μεταξύ του PSTN και του IP

stream. Η MGCF σε συνδυασμό με SIP μηνύματα που δημιουργούνται από την

CSCF, καθορίζει πως θα χρησιμοποιηθούν τα MGWs

Για την λειτουργία του All IP δικτύου κάνω ιδιαίτερη ανάλυση στο κεφάλαιο 3.

Εικόνα 1.8 UMTS Release 5

1.2.3 Η ΓΕΝΙΑ 3,5

Με τον όρο «γενιά 3,5» αναφερόμαστε στη νέα γενιά κινητών δικτύων τα οποία

εκτός από την τεχνολογία WCDMA έχουν ενσωματώσει την τεχνολογία High

Speed Downlink Packet Access (HSDPA). Η HSDPA αποτελεί μία νέα τεχνολογία

η οποία σχεδιάστηκε προκειμένου να αυξήσει τη χωρητικότητα του

κατερχόμενου ασύρματου συνδέσμου για τα κινητά δίκτυα τρίτης γενιάς. Το

γεγονός αυτό θεωρήθηκε απαραίτητο καθώς, στην πράξη, οι μέγιστοι ρυθμοί

μετάδοσης για τα κινητά δίκτυα τρίτης γενιάς αποδείχθηκαν χαμηλοί για

πολυμεσικές εφαρμογές. Ιδιαίτερα στην περίπτωση που θα υπήρχαν πολλοί



χρήστες πολυμεσικών εφαρμογών στο ίδιο κελί, αυτό θα σήμαινε ραγδαία πτώση

της απόδοσης του δικτύου στο συγκεκριμένο κελί. Η βασική ιδέα του HSDPA

είναι η προσθήκη ενός νέου τύπου ευρυζωνικού καναλιού το οποίο θα είναι

βελτιστοποιημένο για πολύ υψηλούς ρυθμούς μετάδοσης. Πρόκειται για το

κανάλι High-Speed Downlink Shared Channel (HS-DSCH) το οποίο

χρησιμοποιείται για τη βελτίωση της ρυθμαπόδοσης (throughput) μόνο του

κατερχόμενου συνδέσμου. Στο κανάλι αυτό έχουν ενσωματωθεί διάφορες

τεχνικές που αποσκοπούν στη βελτιστοποίησή των δυνατοτήτων του όσον αφορά

ρυθμό μετάδοσης. Προφανώς, η τεχνική HSDPA δεν είναι κατάλληλη για όλα τα

είδη υπηρεσιών. Για παράδειγμα, δεν παρέχει εγγυήσεις για την καθυστέρηση ,

συνεπώς, δεν ενδείκνυται για απαιτητικές εφαρμογές πραγματικού χρόνου. Στην

περίπτωση αυτή είναι προτιμότερο να χρησιμοποιηθούν αφιερωμένα κανάλια.

Αντίθετα, η χρήση του HSDPA ενδείκνυται προκειμένου να αυξηθεί η

χωρητικότητα του δικτύου σε hot spots κίνησης δεδομένων.

1.2.4 ΑΝΑΛΥΣΗ ΚΟΜΒΩΝ ΚΑΙ ΔΙΕΠΑΦΩΝ

Στην συνέχεια θα προσπαθήσω να κάνω μια εκτενή αναφορά στην λειτουργία

κάθε κόμβου και κάθε διεπαφής.

Α. User equipment

Το User equipment αποτελείται από:

• Τον Mobile Equipment: αποτελείται από το ίδιο το hardware της φορητής

συσκευής. Όμως, η συσκευή από μόνη της δεν μπορεί να παρέχει καμία

υπηρεσία.

• Την κάρτα USIM: πρόκειται για μία κάρτα η οποία περιέχει όλες τις

απαραίτητες πληροφορίες προκειμένου να είναι δυνατή η πρόσβαση στο δίκτυο

UMTS και η ταυτοποίηση από αυτό. Η κάρτα USIM είναι μία κάρτα αντίστοιχη

της κάρτας SIM των δικτύων GSM. Όμως, ενώ η χωρητικότητα μίας κάρτας SIM

είναι 8 ή 32 Kbytes, η χωρητικότητα της κάρτας USIM είναι τέτοια ώστε να

μπορεί να αποθηκεύει προσωπικά δεδομένα της τάξης των Mbytes.



Node Β: Είναι υπεύθυνος για την παροχή του ραδιο – συνδέσμου μεταξύ του

κινητού κόμβου και του UMTS δικτύου. Μαζί με την παραλαβή και μετάδοση των

δεδομένων στην ραδιο – διαπροσωπία, ο Κόμβος – Β εφαρμόζει και τους

αναγκαίους κωδικούς για την περιγραφή των καναλιών σε ένα Code Division

Multiple Access (CDMA) σύστημα.

RNC: Μαζί με τον κόμβο Β, αποτελούν το UTRAN. Είναι υπεύθυνα για

κρυπτογράφηση και αποκρυπτογράφηση των ραδιο – καναλιών, έλεγχο

handover, διαχείριση ραδιο – πόρων και τα λοιπά.

Δομοστοιχεία Διαπροσωπιών: Χρειάζονται στους κινητούς κόμβους για να

μπορούν να χρησιμοποιούν την UMTS τεχνολογία.

Τα άλλα στοιχεία του δικτύου χρειάζονται μόνο μια μερική βελτίωση λογισμικού

ή υλικού. Έτσι η Έκδοση 99 μπορεί να γίνει σαν η επέκταση του ήδη υπάρχοντος

GSM/GPRS δικτύου μετάδοσης (αν είναι αρκετά «μεγάλο» για να υποστηρίζει

τις νέες υπηρεσίες και τα ψηλότερα bit rates). Αυτό έχει άμεση και δυνατή

επίδραση στους διαχειριστές, καθώς μειώνονται τα έξοδα και δίνεται η

δυνατότητα προσαρμογής της κινητής εφαρμογής ανάλογα με τις ανάγκες της

αγοράς, χρησιμοποιώντας τον ίδιο εξοπλισμό.

Όπως έχει προαναφερθεί, η αρχιτεκτονική της Έκδοσης 99 αποτελείται από τρία

σημαντικά συστατικά: UTRAN, CS-CN και PS-CN.

Το UTRAN είναι αρμόδιο για το χειρισμό της πλήρης ραδιο-λειτουργίας

(radio functionality). Στην πραγματικότητα, το UMTS φροντίζει τα

κεντρικά δίκτυα να είναι εντελώς απομονωμένα από ραδιο - λειτουργία

έτσι ώστε να μπορούν να λειτουργήσουν με διαφορετικούς τύπους ραδιο -

δικτύων όπως UTRAN και WLANs. Το UTRAN χρησιμοποιεί το

Asynchronous Transfer Mode (ATM) σαν την επιλογή μεταφοράς δικτύου

(transport network option). Οι μελλοντικές εκδόσεις του UMTS

αναμένονται να παρέχουν το IP ως επιλογή για το δίκτυο μεταφορών. Οι



λειτουργίες του UTRAN συμπεριλαμβάνουν soft handover, έλεγχο

συμφόρησης, έλεγχο διαχείρισης ραδιοπόρων και άλλα.

Το UMTS CS-CN είναι η εξέλιξη του SS7 κεντρικoύ δικτύου, το οποίο

βασίζεται στο GSM. Υποστηρίζει συνδέσεις στο Public Switched

Telephony Network (PSTN) – με απλά λόγια συνδέσεις τηλεφώνου – και

στο Integrated Digital Services Network (ISDN) για circuit switched

υπηρεσίες. Παρέχει παραδοσιακές υπηρεσίες τηλεφωνίας, όπως φωνητική

επικοινωνία και υπηρεσία φαξ, αλλά και ανεπτυγμένες υπηρεσίες όπως

την Short Message Service (SMS) και άλλες circuit – switched υπηρεσίες.

Το UMTS PS-CN εξελίχθηκε από IP based GPRS δίκτυα. Υποστηρίζει

συνδέσεις στο Διαδίκτυο για packet switched υπηρεσίες. Εκτός από την

πρόσβαση στο Διαδίκτυο, υποστηρίζει υπηρεσίες σαν τα Virtual Private

Networks (VPN) και SMS. Tα σημαντικά κομμάτια του PS-CN είναι το

Service GPRS Support Node (SGSN), που είναι υπεύθυνο για διαχείριση

κινητικότητας και λειτουργίες ασφάλειας και πιστοποίησης και το

Gateway GPRS Support Node (GGSN), που είναι υπεύθυνο για διαχείριση

IP διευθύνσεων, διαχείριση QoS και για διάφορες εξωτερικές λειτουργίες

που έχει σαν gateway UTRAN. Εδώ χρησιμοποιείται αναλλοίωτο το GSM

δίκτυο μαζί με την προσθήκη των Κόμβος – Β και RNC. Στο CS-CN

υπάρχει αναλλοίωτο το Mobile Switching Center (MSC) που

χρησιμοποιόταν στο GSM δίκτυο, ενώ έχει βελτιωθεί το Gateway για το

MSC. Στο PS-CN είναι αναλλοίωτο το SGSN ενώ έχει βελτιωθεί το GGSN.

Φαίνεται ακόμη και η χρήση των δομοστοιχείων διαπροσωπίας στις

εφαρμογές των κινητών κόμβων. Οι συνδέσεις μετάδοσης μέσα στο ραδιο-

δίκτυο πρόσβασης, χρησιμοποιούν το πρωτόκολλο του ATM, και το δίκτυο

είναι καταλληλότερο για την υποστήριξη πακέτων δεδομένων. Η χρήση

των Προσαρμοσμένων Εφαρμογών για Ενισχυμένη Λογική Κινητών

δικτύων (Customized Applications for Mobile network Enhanced Logic –

CAMEL) έχει εφαρμοστεί για να βεβαιωθεί η δυνατότητα μεταφοράς

πληροφοριών και υπηρεσιών μεταξύ διαφορετικών δικτύων. Στο μέλλον



το CAMEL θα περιληφθεί σχεδόν σε όλες τις συναλλαγές μεταξύ των

δικτύων.

Αυτά τα σημεία που έχουν προαναφερθεί, παρουσιάζουν μόνο ένα μικρό

μέρος των βασικών καινοτομιών και διευκολύνσεων που παρέχονται από

την Έκδοση 99. Καθώς η έκδοση αυτή είναι μόνο η αρχική των UMTS, οι

διάφορες εκδόσεις που ακολουθούν, προσφέρουν ακόμη πιο ανεπτυγμένες

υπηρεσίες και περισσότερες εξυπηρετήσεις.

Πριν ολοκληρώσω την περιγραφή για την αρχική έκδοση, θα αναφέρω κάποιες

επιπλέον πληροφορίες για τον τρόπο που λειτουργεί πρακτικά αυτή η

αρχιτεκτονική. Η εγγραφή και πιστοποίηση του χρήστη γίνεται μέσω του SGSN,

χρησιμοποιώντας τα υπάρχοντα σχήματα του GSM, ώστε να επαληθεύσει την

ταυτότητα ενός χρήστη ενώ και η HLR είναι αναβαθμισμένη για να υποστηρίξει

τις IP υπηρεσίες. Εν γένει, η λύση της 3GPP μπορεί να χαρακτηρισθεί

περισσότερο σαν IP-over-GPRS, με την προσθήκη αναβαθμισμένου συστήματος

ραδιοεπαφής (του UTRAN) ώστε να προσφέρει μεγαλύτερες ταχύτητες.

1.2.5 CΟRE NETWORK

Το CN είναι το δίκτυο κορμού του συστήματος UMTS. Είναι συνδεδεμένο με

άλλα δίκτυα όπως τηλεφωνικά δίκτυα Public Telephone Switched Network

(PSTN), δίκτυα δεδομένων Public Data Networks (PDNs) όπως το Internet

καθώς και με άλλα κινητά δίκτυα. Το CN είναι υπεύθυνο για τη δρομολόγηση,

την ταυτοποίηση, τον εντοπισμό των χρηστών καθώς και για άλλες πολλές

βασικές λειτουργίες. Κάθε CN διαιρείται σε δύο πεδία: το πεδίο μεταγωγής

κυκλώματος (CS) και το πεδίο μεταγωγής πακέτων (PS). Ας σημειωθεί εδώ ότι

στην παρούσα διπλωματική θα εστιάσουμε στο πεδίο PS. Όσον αφορά το πεδίο

CS, αυτό περιλαμβάνει τους εξής κόμβους:

• Mobile Services Switching Center (MSC): ο κόμβος MSC αποτελεί έναν

κόμβο μεταγωγής ο οποίος δρομολογεί τα δεδομένα των υπηρεσιών μεταγωγής



κυκλώματος εντός του δικτύου UMTS. Κάθε κόμβος MSC διαχειρίζεται πολλά

RNCs τα οποία συνδέονται σε αυτόν μέσω της διεπαφής Iu-CS. Επίσης είναι

συνδεδεμένος με τις βάσεις δεδομένων του δικτύου όπως τη βάση δεδομένων

Home Location Register (HLR) και τη Visitor Location Register (VLR). Τέλος,

μία άλλη πολύ χρήσιμη λειτουργία του κόμβου MSC είναι η διαχείριση της

κινητικότητας των χρηστών για τις υπηρεσίες μεταγωγής κυκλώματος.

• Gateway Mobile Services Switching Center (GMSC): Ο κόμβος GMSC είναι

συνδεδεμένος με τους κόμβους MSC. Η λειτουργία του είναι να διασυνδέει το

δίκτυο UMTS με άλλα δίκτυα μεταγωγής κυκλώματος όπως PSTN και ISDN.

• Visitor Location Register (VLR): Ο κόμβος VLR είναι μία βάση δεδομένων.

Συνήθως κάθε VLR αντιστοιχεί σε έναν MSC. Η βάση VLR αποθηκεύει

προσωρινή πληροφορία σχετικά με την ταυτοποίηση και την ασφάλεια καθώς

και άλλες χρήσιμες πληροφορίες που σχετίζονται με όλους τους χρήστες που

διαχειρίζεται κάθε δεδομένη στιγμή ο αντίστοιχος MSC. Η βάση VLR λαμβάνει

την αρχική πληροφορία από τη βάση HLR και αναλαμβάνει να την ενημερώσει

για τυχόν μεταβολές στα δεδομένα της. Όλες οι συναλλαγές μεταξύ VLR και HLR

γίνονται μέσω ενός MSC. Όσον αφορά το πεδίο PS, αυτό αποτελείται από τους

παρακάτω κόμβους. Αξίζει να επισημανθεί η αντιστοιχία που υπάρχει με τους

κόμβους του πεδίου CS.

• Serving GPRS Support Node (SGSN): Ο SGSN αποτελεί τον αντίστοιχο

κόμβο του MSC στο πεδίο CS. Αυτό σημαίνει ότι αναλαμβάνει τη δρομολόγηση

δεδομένων των υπηρεσιών μεταγωγής πακέτων εντός του δικτύου UMTS.

Επιπλέον, διαχειρίζεται τους κόμβους RNCs οι οποίοι είναι συνδεδεμένοι σε

αυτόν μέσω της διεπαφής Iu-PS. Επίσης αλληλεπιδρά με βάσεις δεδομένων,

όπως τη βάση HLR. Τέλος, ο κόμβος SGSN είναι υπεύθυνος για τη διαχείριση της

κινητικότητας των χρηστών για τις υπηρεσίες μεταγωγής πακέτων.

• Gateway GPRS Support Node (GGSN): Πρόκειται για έναν κόμβο

αντίστοιχο του GMSC του πεδίου CS. Διασυνδέει τους κόμβους SGSNs με



εξωτερικά δίκτυα μεταγωγής πακέτων όπως το X.25 και το Internet. Τέλος,

υπάρχουν ορισμένοι κόμβοι του CN οι οποίοι είναι κοινοί, δηλαδή τους

χρησιμοποιούν και τα δύο πεδία. Παρακάτω, αναφέρονται οι δύο

σημαντικότεροι από αυτούς:

• Home Location Register (HLR): Πρόκειται για μία βάση δεδομένων η

οποία αποθηκεύει δεδομένα των χρηστών τα οποία μένουν σχετικά σταθερά στο

χρόνο. Αυτά τα δεδομένα είναι αναγνωριστικά, πληροφορίες για τις υπηρεσίες

του δικτύου στις οποίες συμμετέχει ο συνδρομητής κ.α.

• Authentication Center (AuC): Αποτελεί έναν κόμβο που είναι

συσχετισμένος με έναν HLR. Ο κόμβος αυτός αποθηκεύει πληροφορίες

ταυτοποίησης και κρυπτογράφησης για τους συνδρομητές. Οι πληροφορίες

αυτές φορτώνονται στον κόμβο κατά την έναρξη της συνδρομής από τον χρήστη.

5. Στις προδιαγραφές του UMTS υφίστανται δομές οι οποίες διασφαλίζουν

την εσωτερική λειτουργικότητα των στοιχείων του δικτύου, η οποία όμως δεν

είναι λεπτομερώς καθορισμένη. Αντί αυτού ορίζονται, οι διεπαφές μεταξύ του

λογικού δικτύου και των στοιχείων. Καθορίζονται οι παρακάτω κύριες ανοιχτές

διεπαφές:

• Η επαφή Cu: Πρόκειται για μια ηλεκτρική διεπαφή μεταξύ της έξυπνης

κάρτας USIM και του Κινητού Εξοπλισμού (ΜΕ). Η διεπαφή εμφανίζεται σε μια

τυποποιημένη μορφή για έξυπνες κάρτες.

• Διεπαφή Uu: Πρόκειται για την ραδιοκυματική διεπαφή του WCDMA. H

Uu είναι η διεπαφή μέσω της οποίας ο εξοπλισμός χρήστη (UE) έχει πρόσβαση

στο σταθερό τμήμα του συστήματος. Η ασύρματη διεπαφή είναι πάντοτε η πιο

κρίσιμη διεπαφή κατά το σχεδιασμό των πρωτοκόλλων ενός κινητού δικτύου. Για

το UMTS, η διεπαφή Uu μεταξύ του Node B και του UE, έχει υλοποιηθεί με την

αρχιτεκτονική που απεικονίζει η ακόλουθη εικόνα Όπως φαίνεται, έχουν



προσδιοριστεί τα επίπεδα πρωτοκόλλων που αντιστοιχούν στο επίπεδο φυσικού

μέσου, το επίπεδο ζεύξης δεδομένων καθώς και το επίπεδο δικτύου.

Το επίπεδο φυσικού μέσου (1ο επίπεδο στο μοντέλο διασυνδέσεων OSI)

είναι υπεύθυνο για τη μετάδοση των δεδομένων μέσω της ασύρματης διεπαφής.

Για το επίπεδο αυτό οι προδιαγραφές του UMTS καθορίζουν τη χρήση των

τεχνολογιών FDD και TDD του WCDMA. Όσον αφορά το επίπεδο ζεύξης

δεδομένων (2ο επίπεδο), αυτό περιέχει τέσσερα υπο-επίπεδα. Τα δύο πρώτα

υπο-επίπεδα χρησιμοποιούνται για τη μεταφορά δεδομένων ελέγχου αλλά και

πληροφορίας. Το πρώτο υπο-επίπεδο χρησιμοποιεί το πρωτόκολλο Medium

Access Control (MAC) [18]. Το πρωτόκολλο MAC βρίσκεται αμέσως μετά το

φυσικό επίπεδο. Χρησιμοποιεί λογικά κανάλια και τα αντιστοιχίζει σε κανάλια

μεταφοράς για την επικοινωνία του φυσικού επιπέδου με τα υψηλότερα επίπεδα.

Επίσης, το πρωτόκολλο αυτό διαχειρίζεται τις προτεραιότητες μεταξύ των UEs,

όπως επίσης και τις προτεραιότητες μεταξύ των ροών δεδομένων που αφορούν

ένα συγκεκριμένο UE. Άλλες λειτουργίες που εκτελεί το πρωτόκολλο MAC είναι ο

έλεγχος των κινήσεων, η κρυπτογράφηση, η πολυπλεξία κ.α. Το δεύτερο

πρωτόκολλο που συναντάμε στο επίπεδο ζεύξης δεδομένων της διεπαφής Uu

είναι το Radio Link Control (RLC). Το πρωτόκολλο αυτό είναι υπεύθυνο για την

εγκατάσταση και παρακολούθηση της μεταφοράς δεδομένων καθώς και για τις

ρυθμίσεις QoS.

Εικόνα 1.9. Τα πρωτόκολλα της διεπαφής Uu.



Τα επόμενα δύο πρωτόκολλα χρησιμοποιούνται μόνο για τη μεταφορά

πληροφορίας και όχι για τη μεταφορά δεδομένων ελέγχου. Τα πρωτόκολλα αυτά

είναι το Packet Data convergence Protocol (PDPC) και το Broadcast/Multicast

Control (BMC) [18]. Το πρώτο είναι υπεύθυνο για τη μετατροπή των δεδομένων

που παρέχουν τα πραγματικά πρωτόκολλα δεδομένων των πιο πάνω επιπέδων,

σε ασύρματα πρωτόκολλα. Το PDCP προς το παρόν υποστηρίζει τα πρωτόκολλα

IPv4 και IPv6 και μπορεί εύκολα να επεκταθεί προκειμένου να υποστηρίξει

περισσότερα. Το πρωτόκολλο BMC είναι υπεύθυνο για τις υπηρεσίες broadcast

και multicast μετάδοσης.

• Διεπαφή Ιu: Συνδέει το UTRAN με το Κεντρικό Δίκτυο (CN). Όπως

ακριβώς και οι αντίστοιχες διεπαφές στο GSM, A (Κυκλωματομεταγωγική) και

GB (μεταγωγή πακέτων δεδομένων), η ανοιχτή διεπαφή Iu δίνει τη δυνατότητα

στους παρόχους UMTS τη δυνατότητα να αποκτήσουν το UTRAN και το CN από

διαφορετικούς κατασκευαστές. Ο ανταγωνισμός που προέκυψε σε αυτό τον

τομέα υπήρξε ένας από τους παράγοντες επιτυχίας του GSM.

• Διεπαφή Iur: Η ανοιχτή διεπαφή Iur επιτρέπει την μεταπομπή μεταξύ του

ελεγκτή ραδιοφωνικού δικτύου (RNC) από διαφορετικούς κατασκευαστές και

συμπληρώνει γι’ αυτό το λόγο την ανοικτή διεπαφή Iu. Πρόκειται για μία

διεπαφή η οποία εισήχθη στα συστήματα UMTS, ενώ στα συστήματα GSM δεν

υπήρχε άμεση σύνδεση μεταξύ των αντίστοιχων κόμβων. Χρησιμοποιείται για τη

μεταφορά δεδομένων ελέγχου αλλά και πληροφορίας. Ειδικότερα, όσον αφορά

τα δεδομένα ελέγχου, αυτά σχετίζονται με τη διαχείριση των ασύρματων πόρων

καθώς και με τις διαδικασίες του handover και του SRNS relocation. Η ιεραρχία

των πρωτοκόλλων φαίνεται στην Εικόνα 1.10



Εικόνα 1.10 Τα πρωτόκολλα της διεπαφή Iur

Όπως φαίνεται από την Εικόνα 1.10, η ιεραρχία των πρωτοκόλλων για τη

μεταφορά πληροφορίας δε διαφέρει από τη διεπαφή Iub. Όσον αφορά τα

δεδομένα ελέγχου έχουμε τη χρήση αρκετών νέων πρωτοκόλλων σε σχέση με τις

προηγούμενες διεπαφές. Καταρχάς, η Εικόνα 1.9 δείχνει ότι χρησιμοποιείται ο

συνδυασμός Internet Protocol (IP) / User Datagram Protocol (UDP) ακριβώς

πάνω από το επίπεδο του AAL5. Πρόκειται για την υλοποίηση του «IP over

ATM» κατά την οποία η πληροφορία του IP καταμερίζεται με τέτοιο τρόπο ώστε

να μπορεί να μεταδοθεί πάνω από το ATM. Επιπλέον, τα υπόλοιπα τέσσερα νέα

πρωτόκολλα ελέγχου και σηματοδοσίας είναι: το Message Transfer Part Level 3

(MTP3-b) για τον έλεγχο της δρομολόγησης των μηνυμάτων, το MTP3 User

Adaptation Layer (M3UA), το Signalling Connection Control Part (SCCP) και το

Radio Network Sublayer Application Part (RNSAP). Ειδικότερα για το RNSAP,

πρόκειται για ένα πρωτόκολλο το οποίο παρέχει όλες τις λειτουργίες για τη

διαχείριση των ασύρματων πόρων, για τις μετρήσεις πάνω σε αυτούς και για την

υποστήριξη των διαδικασιών του handover και SRNS relocation.



• Διεπαφή Iub:

Η διεπαφή Iub συνδέει ένα κόμβο Β και ένα RNC. Το UMTS είναι το πρώτο

εμπορικό σύστημα κινητής τηλεφωνίας στο οποίο η διεπαφή του ελεγκτή

σταθμού βάσης είναι τυποποιημένη ως πλήρως ανοικτή. Όπως οι άλλες ανοικτές

διεπαφές η ανοικτή Iub είναι αναμενόμενο να ενισχύσει περαιτέρω τον

ανταγωνισμό μεταξύ των κατασκευαστών σε αυτό τον τομέα. Είναι πιθανό οι

νέοι κατασκευαστές που επικεντρώνονται στον κόμβο Β να εισέλθουν σε αυτή

την αγορά. Πρόκειται για μία διεπαφή η οποία είναι ενσύρματη και, κατά

συνέπεια, το επίπεδο φυσικού μέσου μπορεί να υλοποιηθεί από πρωτόκολλα

όπως το ETSI STM-1, STM-4, SONET STS-3c, ITU STS-1 κ.α. Πάνω από το

επίπεδο αυτό, στο επίπεδο ζεύξης δεδομένων χρησιμοποιείται το πρωτόκολλο

ATM. Πρόκειται για ένα πρωτόκολλο το οποίο χρησιμοποιείται σε όλες τις

ενσύρματες διεπαφές του δικτύου UMTS. Αυτό γιατί αποτελεί ένα πανίσχυρο

πρωτόκολλο που μπορεί να χειρίζεται όλους τους τύπους κινήσεων. Για την

ακρίβεια, το ATM μπορεί να χρησιμοποιηθεί για σύγχρονες αλλά και για

ασύγχρονες κινήσεις όπως επίσης και για κινήσεις μεταγωγής πακέτων αλλά και

κυκλώματος. Όπως δείχνει η Εικόνα 1.11, πάνω από το επίπεδο του ATM

χρησιμοποιούνται τα πρωτόκολλα ATM Adaptation Layer (AAL) 2 και 5. Το AAL2

χρησιμοποιείται για τη μεταφορά δεδομένων ελέγχου όπως επίσης και για τη

μεταφορά πληροφορίας. Το AAL5 χρησιμοποιείται μόνο για τη μεταφορά

δεδομένων ελέγχου. Τα πρωτόκολλα αυτά αναλαμβάνουν την επεξεργασία των

δεδομένων από τα υψηλότερα επίπεδα προκειμένου να μπορούν να μεταδοθούν

από το επίπεδο ATM.



Εικόνα 1.11. Τα πρωτόκολλα της διεπαφής Iub.

Στο αμέσως υψηλότερο υπο-επίπεδο συναντούμε δύο άλλα πρωτόκολλα.

Πρόκειται για το User Plane Framing Protocol (UP FP) και Service Specific

Connection- Oriented Protocol (SSCOP). Το πρώτο πρωτόκολλο βρίσκεται πάνω

από το AAL2 και χρησιμοποιείται για τη μεταφορά δεδομένων ελέγχου αλλά και

πληροφορίας. Αντίθετα, το πρωτόκολλο SSCOP τοποθετείται πάνω από το AAL5.

Πρόκειται για ένα πρωτόκολλο που παρέχει αξιόπιστη μεταφορά δεδομένων

παράλληλα με συντήρηση της σύνδεσης και έλεγχο ροής. Η χρήση του στη

διεπαφή Iub σχετίζεται με τη μεταφορά δεδομένων ελέγχου. Όπως φαίνεται από

την Εικόνα 7, στα ανώτερα υποεπίπεδα του επιπέδου ζεύξης δεδομένων

συναντούμε το πρωτόκολλο Service Specific Coordination Function for Support

of Signalling at the User-Network Interface (SSCFUNI) καθώς και τα ήδη γνωστά

πρωτόκολλα MAC, RLC, RRC, PDCP και PDCP. Τέλος, το πρωτόκολλο Node B

Application Part (NBAP) χρησιμοποιείται προκειμένου να δίνεται η δυνατότητα

στον RNC να διαχειρίζεται κάθε Node B που έχει συνδεθεί σε αυτόν.



Η Διεπαφή Iu-PS

Η παρούσα παράγραφος παρουσιάζει την ιεραρχία των πρωτοκόλλων όσον

αφορά τη διεπαφή Iu-PS. Η διεπαφή Iu-PS είναι, για το πεδίο PS, ο σύνδεσμος

όχι μόνο των RNCs με τους κόμβους SGSN αλλά και μεταξύ των δύο δομικών

στοιχείων του UMTS, του UTRAN και του CN. Το βασικότερο πρωτόκολλο

μεταφοράς δεδομένων ελέγχου που χρησιμοποιείται πάνω από αυτή τη διεπαφή

είναι το Radio Access Network Application Part (RANAP) το οποίο απεικονίζεται

μεταξύ των άλλων στην Εικόνα1.12

Εικόνα 1.12. Τα πρωτόκολλα της διεπαφής Iu-ΡS.

Το RANAP είναι το πρωτόκολλο που εξασφαλίζει τη σηματοδοσία μεταξύ του

UTRAN και του CN. Το πρωτόκολλο αυτό παρέχει υπηρεσίες που σχετίζονται με

τη διαδικασία SRNS relocation, τη διαχείριση ροής και συμφόρησης της



διεπαφής Iu-PS, τoν εντοπισμό της θέσης κάθε UE καθώς και τη διαχείριση

σφαλμάτων γενικότερα [18]. Προκειμένου να μπορεί να εκτελεί τις πιο πάνω

λειτουργίες διαχείρισης, το πρωτόκολλο RANAP διαθέτει και τις αντίστοιχες

δυνατότητες για εποπτεία και αναφορά της κατάστασης του συστήματος. Τέλος

θα πρέπει να αναφερθούν οι λειτουργίες κρυπτογράφησης που παρέχει το

συγκεκριμένο πρωτόκολλο. Μέσω της διεπαφής Iu-PS ανταλλάσσονται οι

πληροφορίες κρυπτογράφησης μεταξύ UTRAN και CN προκειμένου τα δεδομένα

που ανταλλάσσονται να είναι προστατευμένα από τυχόναπόπειρα υποκλοπής.

Οι Υπόλοιπες Διεπαφές

Οι υπόλοιπες διεπαφές του δικτύου UMTS περιλαμβάνουν τις επιμέρους

διεπαφές του CN. Μεταξύ αυτών, οι πιο σημαντικές είναι: η διεπαφή Gn η οποία

διασυνδέει τους κόμβους SGSN και GGSN καθώς και η Gi η οποία συνδέει τους

κόμβους GGSN με τους εξωτερικούς κόμβους μεταγωγής πακέτων. Όσον αφορά

τη διεπαφή Gi, αυτή αποτελεί τη σύνδεση μεταξύ του δικτύου κινητής

τηλεφωνίας και των εξωτερικών δικτύων μεταφοράς δεδομένων. Οι διεπαφές

αυτές δεν έχουν κάτι ιδιαίτερο στην αρχιτεκτονική των πρωτοκόλλων τους

συγκριτικά με οποιοδήποτε ενσύρματο δίκτυο μεταφοράς δεδομένων. Για την

ακρίβεια, χρησιμοποιούν πρωτόκολλο IP πάνω από ATM, το οποίο

χρησιμοποιούν ανώτερα πρωτόκολλα μεταφοράς δεδομένων όπως το Transport

Control Protocol (TCP) και το UDP. Στο σημείο αυτό πρέπει να διαχωρίσουμε τα

δύο επίπεδα IP που εμφανίζονται. Το χαμηλότερο επίπεδο IP αναφέρεται στη

μεταφορά σηματοδοσίας μεταξύ των κόμβων του συστήματος UMTS. Αντίθετα,

το υψηλότερο αναφέρεται στη μεταφορά των δεδομένων για τις εφαρμογές του

χρήστη. Για το λόγο αυτό μόνο το υψηλότερο επίπεδο IP είναι ορατό στα

εξωτερικά IP δίκτυα.



Εικόνα 1.13. Η αρχιτεκτονική πρωτόκολλων για τη μεταφορά πληροφορίας.

Η Εικόνα 1.13 απεικονίζει τη συνολική αρχιτεκτονική πρωτοκόλλων για τη

μεταφορά πληροφορίας στο UMTS δίκτυο. Οι υπηρεσίες στις οποίες αντιστοιχεί

η συγκεκριμένη αρχιτεκτονική αφορούν στη μεταγωγή πακέτων, δηλαδή στο

πεδίο PS του δικτύου. Οι συνδέσεις στο σχήμα απεικονίζονται με βέλη. Αυτό που

έχει σημασία είναι η αποκατάσταση των συνδέσεων από άκρο σε άκρο, όπως

φαίνονται στην κορυφή της εικόνας. Οι συνδέσεις αυτές πρακτικά αποτελούνται

από επιμέρουςσυνδέσεις μεταξύ των κόμβων του συστήματος, οι οποίες

σημειώνονται με μικρότερα βέλη.

1.3 ΜΕΤΑΔΟΣΗ ΔΕΔΟΜΕΝΩΝ ΣΤΟ UMTS

A. PDP ΚΑΙ GTP

Προτού ένα UE μπορέσει να ανταλλάξει δεδομένα με ένα PDN, θα πρέπει να

αποκατασταθεί μία εικονική σύνδεση μεταξύ του συγκεκριμένου UE και του

PDN. Από τη στιγμή που το UE είναι γνωστό στο PDN, τα πακέτα μεταφέρονται



μεταξύ του UE και του PDN μέσω του πρωτοκόλλου Packet Data Protocol (PDP).

Το πρωτόκολλο αυτό αποτελεί το πρωτόκολλο επιπέδου δικτύου (3ο επίπεδο στο

μοντέλο OSI) για το UMTS. Για κάθε σύνοδο του UE, δημιουργείται μία δομή του

PDP, η οποία περιέχει τις παραμέτρους της συνόδου (διευθύνσεις εμπλεκόμενων

κόμβων, επίπεδο QoS κ.α.). Το υπεύθυνο πρωτόκολλο για τη δημιουργία μίας

δομής του PDP όπως και για τη μεταφορά της πληροφορίας, είναι το GPRS

Tunnelling Protocol (GTP).

Το GTP είναι ένα πρωτόκολλο βασισμένο στο IP το οποίο χρησιμοποιείται στα

δίκτυα UMTS. Το πρωτόκολλο αυτό δημιουργήθηκε και προτυποποιήθηκε από το

ίδρυμα ETSI για το GSM. Στη συνέχεια, το 3GPP ενσωμάτωσε το GTP στο

πρότυπο του UMTS. Το επίπεδο του GTP αντιστοιχεί στο επίπεδο πάνω από το

UDP. Ουσιαστικά, πρόκειται για το πρωτόκολλο που είναι υπεύθυνο για τη

διαχείριση των δομών του PDP, καθώς και για τη μεταφορά των δεδομένων που

αντιστοιχούν σε κάθε σύνοδο. Για το σκοπό αυτό, υπάρχουν τρεις διαφορετικές

μορφές του πρωτοκόλλου: η μορφή GTP-C, η GTP-U και η GTP’.

Εικόνα 1.14 Η σύνοδος GTP στη διεπαφή Gn



Το πρωτόκολλο GTP-C χρησιμοποιείται στο CN για τη σηματοδοσία μεταξύ των

SGSNs και των GGSNs. Ο ρόλος του GTP-C είναι να διαχειριστεί μία δομή PDP.

Αυτό σημαίνει ότι μπορεί να ενεργοποιήσει μία σύνοδο για ένα συγκεκριμένο

χρήστη, να απενεργοποιήσει την ίδια σύνοδο, να ρυθμίσει τις παραμέτρους του

QoS ή, τέλος, να ανανεώσει μία σύνοδο για ένα συνδρομητή που προέρχεται από

έναν άλλο SGSN. Από την άλλη πλευρά, το πρωτόκολλο GTP-U χρησιμοποιείται

για τη μεταφορά των πακέτων πληροφορίας μέσα στο CN ή μεταξύ του UTRAN

και του CN. Τα δεδομένα του χρήστη μπορούν να μεταφερθούν με μορφή IPv4,

IPv6 ή PPP. Ουσιαστικά, η επιτυχημένη δημιουργία της δομής PDP σημαίνει τη

δημιουργία δύο συνόδων GTP. Η πρώτη βρίσκεται μεταξύ του GGSN και του

SGSN (διεπαφή Gn), ενώ η δεύτερη μεταξύ του SGSN και του RNC (Iu-PS).

Τέλος, η μορφή GTP’ του πρωτοκόλλου χρησιμοποιείται για τη μεταφορά

δεδομένων χρέωσης του συνδρομητή από τους κόμβους SGSNs και GGSNs προς

το μηχανισμό χρέωσης του δικτύου.

Η μορφή της συνόδου GTP στη διεπαφή Gn, απεικονίζεται στην Εικόνα 1.14

1.3.1 ΜΕΤΑΔΟΣΗ ΠΑΚΕΤΩΝ ΣΤΟ UTRAN

Η μετάδοση δεδομένων στο UTRAN σχετικά με το δεύτερο επίπεδο του μοντέλου

OSI (επίπεδο ζεύξης δεδομένων), εξαρτάται από τον τρόπο μετάδοσης για το

πρωτόκολλο RLC, σε συνδυασμό με το κανάλι μεταφοράς που χρησιμοποιείται

από το πρωτόκολλο MAC. Οι δυνατές επιλογές για το πρωτόκολλο RLC είναι με

(Acknowledged Mode - AM) ή χωρίς (Unacknowledged Mode - UM) χρήση

πακέτων επιβεβαίωσης, ή με διάφανο τρόπο (Transparent Mode) για τα

παραπάνω επίπεδα. Από το πρωτόκολλο MAC, μπορεί να χρησιμοποιηθούν κοινά

ή αφιερωμένα κανάλια μεταφοράς.

Η εικόνα 1.15 απεικονίζει ένα παράδειγμα μετάδοσης δεδομένων στο οποίο

χρησιμοποιούνται πακέτα επιβεβαίωσης (Acknowledged Mode – AM), καθώς και

ένα αφιερωμένο κανάλι μεταφοράς DCH. Όπως φαίνεται στο πάνω μέρος της

εικόνας, το αρχικό πακέτο που λαμβάνεται από το επίπεδο IP, μετατρέπεται σε

Service Data Unit (SDU). Ουσιαστικά, τα SDUs αποτελούν τα πακέτα για το



πρωτόκολλο PDCP. Προκύπτουν από τα πακέτα του IP με την εφαρμογή κάποιας

τεχνικής συμπίεσης πάνω στο IP/TCP header του πακέτου.

Κάτω από το επίπεδο του PDCP, βρίσκεται το πρωτόκολλο RLC. Το πρωτόκολλο

RLC έχει την ευθύνη για τον τεμαχισμό των μεγαλύτερων PDCP SDUs σε

μικρότερα Protocol Data Units (PDUs). Με αυτό τον τρόπο τα RLC PDUs έχουν

το κατάλληλο μέγεθος για μεταφορά/μετάδοση. Όπως φαίνεται στην Εικόνα , το

μέγεθος πακέτου που ορίζεται από το πρωτόκολλο RLC δε μεταβάλλεται στα

κατώτερα επίπεδα. Αυτό γιατί τα κατώτερα πρωτόκολλα, όπως το MAC, δε

διαθέτουν αντίστοιχο μηχανισμό τεμαχισμού. Το μέγεθος πακέτου για το RLC

καθορίζεται κατά τη δημιουργία του ασύρματου φορέα και για το λόγο αυτό είναι

ημι-στατικό. Πάντως, το τυπικό μέγεθος των RLC PDUs είναι αυτό των 40 bytes

Το πρωτόκολλο MAC βρίσκεται κάτω από το επίπεδο RLC και η βασική του

λειτουργία είναι να προσφέρει υπηρεσίες μεταφοράς στα λογικά κανάλια του

RLC. Επειδή, στο MAC δε χρησιμοποιείται μηχανισμός επιβεβαίωσης, το RLC

είναι υπεύθυνο για την παράδοση των πακέτων του υψηλότερου επιπέδου με

αξιοπιστία. Το πρωτόκολλο MAC λαμβάνει το μέγεθος των πακέτων που θα

χρησιμοποιηθεί από το φυσικό επίπεδο (WCDMA) κατά τον ορισμό της μορφής

με την οποία θα μεταφερθούν τα δεδομένα. Επίσης, το πρωτόκολλο αυτό έχει τη

δυνατότητα να πολυπλέκει τα πακέτα που λαμβάνει από το υψηλότερο επίπεδο

και να τα μεταφέρει πάνω από κοινά ή αφιερωμένα κανάλια μεταφοράς. Η

αναγνώριση των UEs στα κοινά κανάλια μεταφοράς γίνεται με τη χρήση ενός

προσωρινού αναγνωριστικού. Η μετάβαση μεταξύ κοινών και αφιερωμένων

καναλιών γίνεται στο επίπεδο του πρωτοκόλλου MAC, παρόλο που μία εντολή

για μετάβαση δίνεται από το επίπεδο. Τέλος, θα πρέπει να σημειωθεί ότι,

ανεξάρτητα από τον τρόπο μετάδοσης που χρησιμοποιείται από το πρωτόκολλο

RLC, ο εντοπισμός λαθών γίνεται στο επίπεδο φυσικού μέσου μέσω της μεθόδου

Cyclic Redundancy Check CRC. Στη συνέχεια, το αποτέλεσμα του ελέγχου CRC

μαζί με τα δεδομένα, παραδίδονται στο επίπεδο RLC.



Εικόνα 1.15 Μετάδοση πακέτων πληροφορίας στα διάφορα επίπεδα

1.3.2 ΠΡΩΤΟΚΟΛΛΑ ΣΤΟ UMTS Να πούμε δύο λόγια τώρα για τα σημαντικότερα πρωτόκολλα που χρησιμοποιούνται

στο UMTS, και κατ’ αρχήν να αναφέρω κάποια εισαγωγικά στοιχεία για να έχουμε

μια εποπτική εικόνα περί των πρωτοκόλλων.

Έχουμε λοιπόν στο UMTS τα ακόλουθα είδη πρωτοκόλλων:



• Ανάλογα με τα τρία τμήματα του δικτύου:

• Radio Interface protocol reference model

• UTRAN Protocol reference model

• CN Protocol Reference model

• UMTS Protocol Interworking Architecture

• Transport Network Protocols

• Radio Network Protocols

• System Network Protocols

Τα πρωτόκολλα αυτό χωρίζονται σε πέντε κύριους φορείς:

Φορείς σηματοδοσίας

Φορείς δεδομένων

Πρωτόκολλα εφαρμογής για την εξυπηρέτηση των υπηρεσιών του

ραδιοδικτύου.

Data streams για την επικοινωνία των στοιχείων του δικτύου

Πρωτόκολλα πρόσβασης στις εφαρμογές ελέγχου συνδέσεων(ALCAP) που

παρέχονται στο TN-CP interface.

Το κύριο πρωτόκολλο εφαρμογής είναι το RANAP το οποίο χωρίζεται σε 3

επίπεδα και προσδιορίζει την επικοινωνία των χρηστών UE με το UTRAN. H

κεντρική αρχιτεκτονική του RANAP πρωτόκολλου, είναι η ακόλουθη:

Εικόνα 1.16. Επικοινωνία πρωτοκόλλων των διεπαφών



Ένα άλλο ειδικό πρωτόκολλο για την αλληλεπίδραση με την Ιu είναι αυτό που

φαίνεται στην ακόλουθη εικόνα:

Εικόνα 1.17.Πρωτόκολλο αλληλεπίδρασης με την Ιu

Αυτό χρησιμοποιείται για τις ακόλουθες διεργασίες:

Διαχείριση φορέων ραδιοπρόσβασης

Μεταφορά πληροφοριών από τον UE στο CN

Επικοινωνία μεταξύ RNC και CN

Paging αιτήσεις από το CN στον UE

Το PDCΡ (Packet Data Convergence Protocol) εξασφαλίζει τη διαφάνεια

πρωτοκόλλων χαμηλότερων στρωμάτων από άλλα πρωτόκολλα

υψηλότερων στρωμάτων. Τα RLC και ΜΑC (Medium Access Control)

εξασφαλίζουν μια αξιόπιστη λογική ζεύξη στο ασύρματο μέσο και κάνουν

έλεγχο πρόσβασης αντίστοιχα. Σημειωτέον ότι κάθε RLC ζεύξη έχει τη δική

της ταυτότητα (bearer id) και ένας κινητός σταθμός μπορεί να έχει πολλές

τέτοιες ζεύξεις. Τα UTP/ΙΡ είναι τα γνωστά μας πρωτόκολλα που

χρησιμοποιούνται για τη δρομολόγηση των δεδομένων και τη



σηματοδοσία. Όσον αφορά στα L1, L2 είναι τα γνωστά πρωτόκολλα του

φυσικού επίπεδου και ζεύξης δεδομένων αντίστοιχα. Τέλος, το GΤΡ-U

(GPRS Tunneling Protocol for user plane) είναι ένα πρωτόκολλο που

χρησιμοποιεί τη μέθοδο της σήραγγας για τη μεταφορά δεδομένων από

τον κόμβο RNC (του δικτύου UTRAN) στον SGSN και από τον SGSN στον

GGSN. Χρησιμοποιώντας το GΤΡ, το UMTSέχει την δυνατότητα να

μεταφέρει διάφορα είδη πακέτων (όπως τα ΙΡν4, ΙΡν6, ΡΡΡ και Χ.

25) μέσω της ίδιας υποδομής.Παρατηρώντας το προηγούμενο σχήμα

βλέπουμε και τα αντίστοιχα σημεία αναφοράς που συνδέουν τα τμήματα

και τους κόμβος του UMTS δικτύου.Σ' αυτό το σημείο πρέπει να αναφερθεί

ότι στα ανώτερα στρώματα η επικοινωνία εξασφαλίζεται από τα κατώτερα

διαφανώς, όπως άλλωστε ορίζουν και οι αρχές τις διαστρωμάτωσης. Έτσι,

το ΡΡΡ πρωτόκολλο όπως και το επίπεδο εφαρμογής (application layer) δεν

«αντιλαμβάνονται» την ύπαρξη των κατώτερων στρωμάτων. Ακόμα, πρέπει

να πούμε ότι το SΙΡ πρωτόκολλο σηματοδοσίας λειτουργεί στο επίπεδο

εφαρμογής και τα μηνύματα SΙΡ μεταφέρονται από το επίπεδο χρήστη σαν

κανονικά δεδομένα. Το SΙΡ αποτελεί ένα πρωτόκολλο βασισμένο σε κείμενο.

Από την άλλη, όπως έχουμε ήδη αναφέρει, υπάρχει και το επίπεδο ελέγχου.

Αυτό είναι υπεύθυνο για τον έλεγχο και την υποστήριξη των λειτουργιών

του επιπέδου χρήστη. Συνοπτικά, ελέγχει τις λειτουργίες attach και detach,

ελέγχει τα χαρακτηριστικά ήδη υπαρχουσών συνδέσεων, εξασφαλίζει την

κινητικότητα του χρήστη και εκχωρεί πόρους ανάλογα με την κατάσταση

του δικτύου.

Κεφάλαιο 2ο Ανάλυση Πρωτοκόλλων TCP/IP IPV6


Κεφάλαιο 2o

TCP/IP - Mobile IPv6

2.1 Σύντομη παρουσίαση του TCP/IP πρωτοκόλλου

Θεωρώ σκόπιμο εδώ να παρουσιάσω τα πέντε επίπεδα του TCP/IP

πρωτοκόλλου. Το TCP/IP ή και Σουίτα Πρωτοκόλλων Διαδικτύου (Internet

protocol suite) είναι μια συλλογή πρωτοκόλλων επικοινωνίας στα οποία

βασίζεται το Διαδίκτυο αλλά και μεγάλο ποσοστό των εμπορικών δικτύων. Η

ονομασία TCP/IP προέρχεται από τις συντομογραφίες των δυο κυριότερων

πρωτοκόλλων που περιέχει : το TCP ή Transmission Control Protocol

(Πρωτόκολλο Ελέγχου Μετάδοσης) και το IP ή Internet Protocol (Πρωτόκολλο

Διαδικτύου).

Αυτή η συλλογή πρωτοκόλλων, όπως και πολλές άλλες άλλωστε, είναι

οργανωμένη σε στρώματα ή επίπεδα (layers). Το καθένα τους απαντά σε

συγκεκριμένα προβλήματα μεταφοράς δεδομένων και παρέχει μια καθορισμένη

υπηρεσία στα υψηλότερα στρώματα. Τα ανώτερα επίπεδα είναι πιο κοντά στη

λογική του χρήστη και εξετάζουν πιο αφηρημένα δεδομένα, στηριζόμενα σε

πρωτόκολλα χαμηλότερων στρωμάτων για να μεταφράσουν δεδομένα σε

μορφές που μπορούν να διαβιβαστούν με φυσικά μέσα.

Το μοντέλο OSI, το οποίο παραμένει έως σήμερα μόνο θεωρητικό, προτείνει την

κατάταξη των πρωτοκόλλων δικτύων σε έναν οργανωμένο σωρό 7 στρωμάτων.

Συγκρίσεις ανάμεσα στο μοντέλο OSI και τo TCP/IP δείχνουν τη σημασία των

πρωτοκόλλων που περιέχονται στη σουίτα IP, από την άλλη πλευρά όμως

μπορεί να προκληθεί σύγχυση, καθώς το TCP/IP αποτελείται από μόνο 4

στρώματα.



Πίνακας 2.1 Τα 4 στρώματα του TCP/IP

Τα πρωτόκολλα Διαδικτύου κάνουν χρήση της ενθυλάκωσης (encapsulation)

για να παρέχουν γενικά πρωτόκολλα και υπηρεσίες. Ένα πρωτόκολλο υψηλού

στρώματος χρησιμοποιεί τα πρωτόκολλα των κατώτερων για να λειτουργήσει.

Το παρακάτω σχεδιάγραμμα τοποθετεί τα διάφορα πρωτόκολλα του TCP/IP με

βάση τα κριτήρια του μοντέλου OSI:



Πίνακας 2.2 Τα πρωτόκολλα του TCP/IP με βάση τα κριτήρια του μοντέλου OSI

7 Εφαρμογής (Application) π.χ. HTTP, SMTP, SNMP, FTP, Telnet, NFS

6 Παρουσίασης (Presentation) π.χ. XDR, ASN.1, SMB, AFP

5 Συνεδρίας (Session) π.χ. ISO 8327 / CCITT X.225, RPC, Netbios, ASP

4 Μεταφοράς (Transport) π.χ. TCP, UDP, RTP, SPX, ATP

3 Δικτύου (Network) π.χ. IP (IPv4 ή IPv6), ICMP, IGMP, X.25, CLNP, ARP, OSPF, RIP, IPX, DDP

2 Συνδέσμου (Link) π.χ. Ethernet, Token Ring, PPP, HDLC, Frame relay, ATM

1 Φυσικό (Physical) π.χ. Ραδιοφωνικό σήμα, Λέϊζερ, Οπτική Ίνα

Τα τρία ανώτερα στρώματα του μοντέλου OSI (Εφαρμογής, Παρουσίασης και

Συνεδρίας) αποτελούν ένα ενιαίο στρώμα στο TCP/IP, το επίπεδο Εφαρμογής.

Τα χαρακτηριστικά του στρώματος Συνεδρίας αναλαμβάνονται από τις ίδιες

εφαρμογές ή απλώς αγνοούνται. Ένα απλουστευμένο σχεδιάγραμμα της

στοίβας του μοντέλου TCP/IP ακολουθεί :



Πίνακας 2.3 Τα πέντε επίπεδα του TCP/IP πρωτοκόλλου

5. Επίπεδο εφαρμογής

DHCP · DNS · FTP · Gopher · HTTP · IMAP4 · IRC · NNTP · XMPP ·

POP3 · SIP · SMTP · SNMP · SSH · TELNET · RPC · RTCP · RTSP · TLS · SDP

· SOAP · GTP · STUN · NTP ·

4. Επίπεδο μεταφοράς

TCP · UDP · DCCP · SCTP · RTP · RSVP · IGMP ·

3. Επίπεδο δικτύου

IP (IPv4 · IPv6) · OSPF · IS-IS · BGP · IPsec · ARP · RARP · RIP ·

ICMP · ICMPv6 ·

2. Επίπεδο διασύνδεσης δεδομένων

802.11 · 802.16 · Wi-Fi · WiMAX · ATM · DTM · Token ring · Ethernet

· FDDI · Frame Relay · GPRS · EVDO · HSPA · HDLC · PPP · PPTP · L2TP ·

ISDN ·

1. Φυσικό επίπεδο

Ethernet physical layer · Modems · PLC · SONET/SDH · G.709 ·

Optical fiber · Coaxial cable · Twisted pair ·



2.2 Ανάλυση των επιπέδων

Eφαρμογής

Το στρώμα εφαρμογής χρησιμοποιείται από την πλειοψηφία των δικτυομένων

προγραμμάτων. Το πρόγραμμα παραδίδει τα δεδομένα σε μια μορφή που ορίζει

τα ίδιο.

Εφ'όσον το TCP/IP δεν παρέχει στρώματα μεταξύ των στρωμάτων εφαρμογής

και μεταφοράς, όλες οι λειτουργείες παρουσίασης και συνεδρίας (βλέπε

μοντέλο OSI) πρέπει να υλοποιηθούν σ'αυτό το επίπεδο. Αυτή η διαδικασία

διευκολύνεται με την χρήση βιβλιοθηκών.

Mεταφοράς

Το στρώμα μεταφοράς είναι υπεύθυνο για την μεταφορά μηνυμάτων,

ανεξαρτήτως του υποκείμενου δικτύου, με έλεγχο σφαλμάτων (error control),

κατάτμηση (fragmentation) και ρύθμιση ροής (flow control). Η μετάδοση

μηνυμάτων μεταξύ δυο οντοτήτων μπορεί να κατηγοριοποιηθεί ως εξής:

connection-oriented, π.χ. TCP

connectionless, π.χ. UDP

Η λειτουργία του στρώματος αυτού μπορεί να συγκριθεί με αυτή οποιουδήποτε

μηχανισμού/μέσου μεταφοράς, π.χ. ένα όχημα που πρέπει να εξασφαλίζει την

πλήρη και ασφαλή διακίνηση του φορτίου του. Το στρώμα μεταφοράς παρέχει

αυτή την υπηρεσία σύνδεσης εφαρμογών μεταξύ τους, κάνοντας χρήση θυρών

(ports). Καθώς το IP προσφέρει μόνο παράδοση όσο το δυνατόν καλύτερα (best

effort delivery), το στρώμα μεταφοράς είναι το πρώτο επίπεδο όπου λαμβάνεται

υπόψιν το θέμα της αξιοπιστίας.



Παραδείγματος χάρη, σε μια προσπάθεια αξιόπιστης μετακίνησης δεδομένων,

το TCP που είναι ένα connection-oriented πρωτόκολλο, έχει τα εξής

χαρακτηριστικά:

Τα δεδομένα έρχονται στην ίδια σειρά με την οποία στάλθηκαν, ελάχιστος

έλεγχος σφαλμάτων, ανεπιθύμητα αντίγραφα απορρίπτονται, τα

χαμένα/αποριμμένα πακέτα ξαναστέλνονται και γίνεται έλεγχος

κυκλοφοριακής συμφόρησης (congestion control).

Τα πρωτόκολλα δυναμικής δρομολόγησης (dynamic routing), που κανονικά θα

έπρεπε να βρίσκονται σε αυτό το στρώμα του TCP/IP (αφού λειτουργούν πάνω

από το IP) αντιμετωπίζονται συχνά ως τμήματα του επίπεδου δικτύου (π.χ. το

OSPF).

Το νέο SCTP είναι επίσης ένας "αξιόπιστος", connection-oriented μηχανισμός

μεταφοράς. Είναι stream-oriented, όχι byte-oriented όπως το TCP, και

προσφέρει την δυνατότητα multiplexing πολλών ρευμάτων (stream) σε μια

μόνο σύνδεση. Προτείνει υποστήριξη multi-homing, την δυνατότητα δηλαδή

για μια οντότητα να μπορέσει, στα πλαίσια μιας συγκεκριμένης σύνδεσης, να

κάνει χρήση πολλαπλών (εφ'όσον υπάρχουν) διευθύνσεων IP, που

αντιπροσωπεύουν πολλαπλές interfaces (διασυνδετικές διατάξεις), έτσι ώστε αν

κάποια παρουσιάσει βλάβη, να μη χαθεί η σύνδεση.

Το UDP είναι ένα connectionless πρωτόκολλο διαγραμμάτων δεδομένων

(datagrams). Όπως και το IP, είναι ένα best effort ή "αναξιόπιστο" πρωτόκολλο:

ο έλεγχος σφαλμάτων είναι αδύναμος (απλό checksum). Χρησιμοποιείται

κυρίως σε εφαρμογές streaming μέσων (ήχος, βίντεο, κλπ.) όπου η έγκαιρη

άφιξη των δεδομένων είναι πιο σημαντική από την ακεραιότητα τους. Ο χρόνος

που κερδίζεται σε σχέση με τα connection-oriented πρωτόκολλα, που πρέπει να

καθιερώσουν μια αξιόπιστη σύνδεση, το καθιστά ιδανικό για απλές

ερώτημα/απάντηση εφαρμογές (π.χ. DNS).

Το TCP και το UDP εκμεταλλεύονται από εφαρμογές που διακρίνονται (στο

επίπεδο του δικτύου) από την θύρα TCP ή UDP τους. Ορισμένοι αριθμοί θυρών



είναι κλειστοί και αναφέρονται σε πολύ συγκεκριμένες εφαρμογές (βλ. well

known port numbers).

Το RTP είναι ένα πρωτόκολλο διαγραμμάτων δεδομένων σχεδιασμένο για

στοιχεία πραγματικού χρόνου (real-time) όπως τα streaming audio και video.

Αν και παρουσιάζεται στο στρώμα μεταφοράς (αντί για το επίπεδο συνεδρείας),

βασίζεται στο UDP για την λειτουργεία του.

Δικτύου

Ο σκοπός του στρώματος δικτύου είχε αρχικά καθοριστεί ως η μεταφορά

πακέτων μέσω ενός ενιαίου δικτύου.

Με την εμφάνιση πιο σύνθετων μορφών δικτύων, προστέθηκαν επιπλέον

χαρακτηριστικά στο στρώμα αυτό, έτσι ώστε ο ρόλος του να είναι πια η

διακίνηση δεδομένων από το δίκτυο πηγή στο δίκτυο προορισμού. Αυτό

προϋποθέτει συνήθως την δρομολόγηση πακέτων διαμέσου ενός δικτύου

δικτύων (internetwork) ή διαδικτύου (με μικρά γράμματα).

Στην σουίτα πρωτοκόλλων Διαδικτύου, το IP μεταφέρει τα πακέτα δεδομένων

από την πηγή, στον προορισμό. Το IP μπορεί να εξυπηρετήσει διάφορα

πρωτόκολλα ανωτέρων επιπέδων (upper layer protocols) ˙ το καθένα τους

προσδιορίζεται με έναν αποκλειστικό αριθμό πρωτοκόλλου: π.χ. το ICMP και το

IGMP έχουν τους αριθμούς 1 και 2 αντίστοιχα.

Μερικά πρωτόκολλα που στηρίζονται στο IP, π.χ. το ICMP (χρησιμοποιείται για

την διάδοση διαγνωστικών πληροφοριών σχετικά με την μεταφορά πακέτων

μέσω IP) παρουσιάζονται πάνω από το IP αλλά παρέχουν υπηρεσίες επιπέδου

διαδικτύου, απεικονίζοντας έτσι την ασυμβατότητα μεταξύ του Διαδικτύου, των

πρωτοκόλλων Διαδικτύου και του μοντέλου OSI. Όλα τα πρωτόκολλα

δρομολόγησης (π.χ. BGP, OSPF, RIP, κλπ.) ανήκουν επίσης στο στρώμα

δικτύου, αν και θα μπορούσαν να τοποθετηθούν σε ανώτερα επίπεδα.

Συνδέσμου



Το στρώμα αυτό, ρόλος του οποίου είναι η διακίνηση πακέτων του επιπέδου

δικτύου μεταξύ δυο οντοτήτων, δεν είναι στην ακρίβεια μέρος της σουίτας

πρωτοκόλλων Διαδικτύου, διότι το IP λειτουργεί με διάφορα στρώματα

συνδέσμου. Η διαδικασία διαβίβασης (αντ. λήψης) πακέτων σε (αντ. από) ένα

συγκεκριμένο επίπεδο συνδέσμου μπορεί να ελέγχεται είτε από τον οδήγο του

interface, είτε το firmware ή σύνολο εξειδικευμένων κυκλωμάτων (chipsets),

είτε τέλος από ένα συνδυασμό τον προ-αναφερθέντων. Αυτά θα εκτελέσουν τις

λειτουργίες σύνδεσης δεδομένων (data link), όπως π.χ. την πρόσθεση

επικεφαλίδας (packet header) πριν την αποστολή, την ίδια τη διαβίβαση του

πλαισίου (frame) με τη χρήση ενός φυσικού μέσου.

Για συνδέσεις μέσω μόντεμ (σε γραμμή τηλεφώνου), τα πακέτα IP

μεταφέρονται συνήθως χρησιμοποιόντας το PPP. Σε ευρυζωνικές συνδέσεις

(π.χ. ADSL) συναντάμε το PPPoE. Σε τοπικά δίκτυα, τα πρωτόκολλα Ethernet ή

IEEE 802.11 (για ενσύρματα ή ασύρματα δίκτυα αντίστοιχα) είναι πιο κοινά.

Για δίκτυα ευρείας περιοχής (WAN) χρησιμοποιούνται συχνά το PPP πάνω σε

γραμμές T-carrier ή E-carrier, το Frame relay, το ATM ή το Packet over

SONET/SDH (POS).

Το στρώμα συνδέσμου είναι επίσης το επίπεδο όπου τα πακέτα μπορούν να

αναχαιτιστούν για να σταλθούν σ'ένα ιδεατό ιδιωτικό δίκτυο (Virtual Private

Network, VPN). Σ'αυτήν την περίπτωση, τα δεδομένα του επιπέδου αυτού

αντιμετωπίζονται ως δεδομένα εφαρμογής, και "ξανακατεβαίνουν" την στοίβα

πρωτοκόλλων Διαδικτύου για να σταλθούν. Στη λαμβάνουσα πλευρά, τα

δεδομένα ανεβαίνουν δυο φορές την στοίβα (μια για το VPN και μια δεύτερη για

τη δρομολόγηση).

Το φυσικό επίπεδο, που αποτελείται από τα φυσικά στοιχεία του δικτύου (π.χ.

hubs, repeaters, καλώδια δικτύου, οπτικές ίνες, ομοαξονικά καλώδια, κάρτες

δικτύων) και τις προδιαγραφές χαμηλού επιπέδου των σημάτων (τάση,

συχνότητα, κλπ.), θεωρείται συχνά ως μέρος του στρώματος συνδέσμου.



2.3 Το ΤCP πρωτόκολλο

Το TCP (Transmission Control Protocol - Πρωτόκολλο Ελέγχου Μεταφοράς)

είναι ένα από τα κυριότερα πρωτόκολλα της Σουίτας Πρωτοκόλλων Διαδικτύου.

Βρίσκεται πάνω από το IP protocol (πρωτόκολλο IP). Οι κύριοι στόχοι του

πρωτοκόλλου TCP είναι να επιβεβαιώνεται η αξιόπιστη αποστολή και λήψη

δεδομένων, επίσης να μεταφέρονται τα δεδομένα χωρίς λάθη μεταξύ του

στρώματος δικτύου (network layer) και του στρώματος εφαρμογής (application

layer) και, φτάνοντας στο πρόγραμμα του στρώματος εφαρμογής, να έχουν

σωστή σειρά. Οι περισσότερες σύγχρονες υπηρεσίες στο Διαδίκτυο βασίζονται

στο TCP. Για παράδειγμα το SMTP (port 25), το παλαιότερο (και μη-ασφαλές)

Telnet (port 23), το FTP και πιο σημαντικό το HTTP (port 80), γνωστό ως

υπηρεσίες World Wide Web (WWW - Παγκόσμιος Ιστός). Το TCP

χρησιμοποιείται σχεδόν παντού, για αμφίδρομη επικοινωνία μέσω δικτύου.

TCP header

Τα πακέτα του πρωτοκόλλου TCP καλούνται segments (τομείς)[1]. Ένα από τα

κυριότερα μέρη ενός segment είναι η TCP επικεφαλίδα (TCP header), η οποία

παρέχει συγκεκριμένες πληροφορίες για το πρωτόκολλο TCP. Το ελάχιστο

μέγεθος της επικεφαλίδας είναι 5 words και το μέγιστο 15 words (απουσία ή

παρουσία όλων των options αντίστοιχα).



Πίνακας 2.4 TCP επικεφαλίδα

TCP επικεφαλίδα

+ Bits 0 - 3 4 - 9 10 - 15 16 - 31

0 Source Port

Θύρα Προέλευσης

Destination Port

Θύρα Προορισμού

32 Sequence Number

Αριθμός ακολουθίας

64 Acknowledgment Number

Αριθμός επιβεβαίωσης

96

Data

Offset

Reserved

Flags

Σημαίες

Window

Παράθυρο

128 Checksum

Άθροισμα ελέγχου

Urgent Pointer

Επείγοντα δεδομένα

160 Options

Επιλογές (προαιρετικές)

160/192+

Data

Δεδομένα



Source Port

Αυτό το πεδίο προσδιορίζει την port (θύρα) του αποστολέα

Destination Port

Αυτό το πεδίο προσδιορίζει την port (θύρα) του παραλήπτη

Sequence Number

Ο sequence number (αριθμός ακολουθίας) έχει διπλό ρόλο:

Εαν υπάρχει η SYN flag (SYN σημαία) τότε είναι ο αρχικός αριθμός ακολουθίας

(ISN - initial sequence number) και η πρώτη octet δεδομένων του πακέτου είναι

ο ISN+1.

Αλλιώς, εαν δεν υπάρχει η SYN flag, τότε η πρώτη octet δεδομένων είναι ο

αριθμός ακολουθίας.

Acknowledgment number

Όταν υπάρχει η ACK flag η τιμή αυτού του πεδίου δείχνει τον επόμενο sequence

number (αριθμό ακολουθίας) που αναμένει ο αποστολέας.

Data offset

Είναι ο αριθμός από words μεγέθους 32 bit στην επικεφαλίδα TCP (TCP header).

Καθορίζει το μέγεθος της επικεφαλίδας (πολλαπλάσιο του 32) και επομένως

δείχνει και την αρχή των δεδομένων.

Reserved

Πεδίο 6 bit "κρατημένων" (reserved) για μελλοντική χρήση. Η τιμή των bit

πρέπει να είναι 0.

Flags (επίσης γνωστό ως bits ελέγχου - Control bits)

Περιέχει 6 bit - σημαίες:



Πίνακας 2.5 Flags

Σημαία Σημασία Προέλευση ονομασίας

URG Το πεδίο urgent pointer είναι σημαντικό URGent

ACK Το πεδίο επιβεβαίωσης είναι σημαντικό ACKnowledgment

PSH Λειτουργία ώθησης PuSH

RST Επαναρύθμιση σύνδεσης ReSeT

SYN Συγχρονισμός αριθμών ακολουθίας SYNchronize

FIN Ο αποστολέας δεν στέλνει άλλα δεδομένα FIN (=τέλος)

Window

Ο αριθμός από octets δεδομένων (bytes) που επιθυμεί να δεχτεί ο αποστολέας

του πακέτου, αρχίζοντας από εκείνη που δείχνει το πεδίο επιβεβαίωσης

(acknowledgment field).

Checksum

Το πεδίο checksum μεγέθους 16 bit χρησιμοποιείται για έλεγχο λαθών στην

επικεφαλίδα και στα δεδομένα.

Options

Μεταβλητή, η οποία καθορίζει ειδικές επιλεγόμενες ρυθμίσεις και μπορεί να

καταλάβει χώρο στο τέλος της επικεφαλίδας TCP (TCP header). Το μήκος τους

είναι πολλαπλάσιο των 8 bit και σε το περιεχόμενο της επικεφαλίδας μετά την



τελευταία επιλογή πρέπει να γεμίζει (πχ. με μηδενικά - 0). Με αυτόν τον τρόπο

το data offset θα δείχνει σωστά την αρχή των δεδομένων.

Urgent pointer

Εάν είναι ενεργοποιημένο το URG bit ελέγχου, τότε αυτό το πεδίο δείχνει τον

αριθμό ακολουθίας (sequence number)της octet που βρίσκεται αμέσως μετά το

τελευταίο byte από τα επείγοντα δεδομένα. Έτσι παρουσιάζει τη θέση του

τελευταίου byte με επείγοντα δεδομένα.

2.3.1 Τρόπος λειτουργίας

Το πρωτόκολλο ελέγχου μεταφορών (TCP) είναι connection oriented, δηλαδή η

μεταφορά δεδομένων γίνεται μέσω σύνδεσης, η οποία οριοθετείται από ένα σήμα

έναρξης και ένα σήμα τέλους ή διακοπής.

2.3.1.1 Έναρξη - Τριμερής χειραψία / 3-way handshake

Πριν να προσπαθήσει ένα πρόγραμμα-πελάτης (client) να συνδεθεί με έναν

server, ο server πρέπει πρώτα να δεσμεύσει μια port και να την ανοίξει ώστε να

δέχεται συνδέσεις: αυτό καλείται passive open. Όταν γίνει αυτό, ο client μπορεί

να αρχίσει τη σύνδεση (active open). Για να γίνει μια σύνδεση, γίνεται μια

"χειραψία" ανάμεσα στα συμμετέχοντα μέρη, το λεγόμενο three-way handshake:



Εικόνα 2.1 Έναρξη της σύνδεσης με three-way handshake

1. Αρχικά αποστέλεται ένα πακέτο[1] με το SYN bit ενεργοποιημένο. Ο client

θέτει το πεδίο αριθμού ακολουθίας στην TCP επικεφαλίδα (TCP header) στον

αρχικό αριθμό ακολουθίας του (ISN - initial sequence number).

2.O server στο άλλο άκρο απαντάει:

είτε με SYN (για να στείλει και το δικό του ISN) και ACK (που έχει το ISN+1 του

client) του πρώτου πακέτου του client για να αποδεχτεί τη σύνδεση,

ή SYN/RST για να ενημερώσει τον client ότι αρνείται τη σύνδεση και η

διαδικασία σταματά.

3.Όταν ο client πάρει ένα πακέτο SYN/ACK απαντάει, αυτή τη φορά, με ένα

πακέτο ACK. Σε αυτό το σημείο, τα δύο μέρη συνδέονται και μπορούν πλέον να

σταλούν τα δεδομένα να σταλούν.

Κατά τη διάρκεια του three-way handshake, τα δύο μέρη διαπραγματεύονται

επίσης όλες τις ειδικές επιλογές που θα χρησιμοποιηθούν κατά τη διάρκεια της

σύνδεσης TCP, όπως ECN κ.α.



2.3.1.2 Μεταφορά δεδομένων

Μόλις ανταλλαχθούν οι ISNs, οι εφαρμογές μπορούν να διαβιβάσουν δεδομένα η

μια στην άλλη. H ανάλυση του τρόπου με τον οποίο γίνεται η μεταφορά

δεδομένων, απαιτεί εξέταση για

έλεγχο ροής (flow control) και

τεχνικές ελέγχου συμφόρησης (congestion avoidance).

Σε μια απλή υλοποίηση του TCP, χωρίς τους προαναφερθέντες ελέγχους,η

εφαρμογή θα στείλει πακέτα στο δίκτυο προς τον παραλήπτη, εφ'όσον υπάρχουν

δεδομένα να σταλούν και εφ' όσον ο αποστολέας δεν υπερβαίνει το window που

του έχει υποδείξει ο παραλήπτης. Όταν ο παραλήπτης δέχεται πακέτα TCP,

στέλνει επιβεβαιώσεις (acknowledgement), δείχνοντας σε ποιο σημείο του

ρεύματος από byte (byte stream) βρίσκεται. Αυτές οι επιβεβαιώσεις περιέχουν

επίσης το επόμενο window (παράθυρο) που καθορίζει πόσα byte επιθυμεί να

δεχτεί στη συνέχεια ο παραλήπτης.

Εάν ορισμένα δεδομένα αναπαράγονται ή χάνονται, μπορεί να δημιουργηθεί ένα

κενό στο ρεύμα από byte (byte stream). Ο παραλήπτης θα συνεχίσει να

επιβεβαιώνει την νεότερη θέση που βρίσκεται, στο ρεύμα από byte που έχει

δεχτεί.

Εάν δεν υπάρχουν δεδομένα για να σταλούν, ο αποστολέας θα βρίσκεται σε

αδράνεια αναμένοντας την εφαρμογή να βάλει δεδομένα στο byte stream ή να

παραλάβει δεδομένα από το άλλο άκρο της σύνδεσης.

2.3.1.3 Έλεγχος ροής

Ο έλεγχος ροής απαιτεί την επιβεβαίωση λήψης (acknowledgment) κάθε πακέτου

από τον απόμακρο host πριν να σταλεί το επόμενο. Οι αλγόριθμοι για το sliding

window, που χρησιμοποιούνται από το TCP, επιτρέπουν σε πολλαπλά πακέτα



δεδομένων να μεταφέρονται ταυτόχρονα για να χρησιμοποιείται αποδοτικότερα

η bandwidth (εύρος ζώνης) ενός δικτύου.

Για παράδειγμα, εαν ένας υπολογιστής A στείλει 4 byte με αριθμό ακολουθίας

(sequence number) 100 - συνεπώς, τα 4 bytes έχουν αριθμό ακολουθίας 100, 101,

102 και 103 - τότε ο παραλήπτης πρέπει να απαντήσει με επιβεβαίωση

(acknowledgement) που φέρει sequence number 104. Αυτό πρόκειται να είναι το

επόμενο byte που περιμένει στο επόμενο πακέτο. Εαν για κάποιο λόγο, τα

τελευταία δύο bytes περιέχουν σφάλματα τότε η τιμή της επιβεβαίωσης θα είναι

102, εφόσον τα bytes με αριθμό 100 και 101 έχουν φτάσει με επιτυχία.

2.3.1.4 Έλεγχος συμφόρησης

Αν και το TCP συνήθως δεν ενδιαφέρεται για όσα συμβαίνουν στο διαδίκτυο

(αυτό είναι εργασία που εκτελείται από IP protocol στο 3ο επίπεδο του μοντέλου

OSI) πρέπει να είναι αρκετά "έξυπνο", ώστε να αντιληφθεί και να χειριστεί

κατάλληλα μια συμφόρηση στο δίκτυο. Το TCP δεν μπορεί να αγνοήσει τι

συμβαίνει στο διαδίκτυο μεταξύ των δύο συνδεδεμένων άκρων.

Για αυτόν τον λόγο, το TCP περιλαμβάνει διάφορους συγκεκριμένους

αλγορίθμους που έχουν ως σκοπό είτε να αποφύγουν εξ αρχής τη συμφόρηση,

είτε να αποκριθούν σε αυτή. Χρησιμοποιούνται διάφοροι μηχανισμοί για να

επιτευχθεί υψηλή απόδοση και να μην υπερφορτωθεί το δίκτυο. Αυτοί οι

μηχανισμοί περιλαμβάνουν:

τον αλγόριθμο slow-start,

τον αλγόριθμο congestion avoidance,

τον αλγόριθμο fast retransmit και

τον αλγόριθμο fast recovery

όπως αναφέρεται στο RFC 2001.



2.3.1.5 Τερματισμός

Η σύνδεση τερματίζεται με ένα four-way handshake, με την κάθε πλευρά να

τερματίζει ανεξάρτητα:

1. Όταν κάποιο άκρο επιθυμεί να κλεισει τη σύνδεση από πλευράς του, στέλνει

ένα πακέτο με το FIN ενεργοποιημένο,

2. Tο πακέτο αυτό επιβεβαιώνει η άλλη πλευρά με ένα ACK και στη συνέχεια,

στέλνει το ένα πακέτο FIN

4. Η πλευρά που ξεκίνησε τον τερματισμό, μπορεί να το επιβεβαιώσει στέλνοντας

ένα πακέτο ACK.

Με αυτόν τον τρόπο, για έναν τυπικό τερματισμό χρειάζεται ένα ζεύγος πακέτων

FIN και ACK για κάθε άκρο στη σύνδεση TCP. Μια σύνδεση μπορεί να είναι

"half-open", δηλαδή η μία πλευρά να έχει τερματίσει, όχι όμως και η άλλη. Η

πλευρά που έχει τερματίσει δεν μπορεί να στείλει πλέον δεδομένα, ενώ η άλλη

μπορεί.

Τέλος, είναι δυνατό, αν και λιγότερο πιθανό, οι δύο host να στείλουν ταυτόχρονα

ένα πακέτο FIN ο ένας στον άλλο. Στη συνέχεια ο καθένας επιβεβαιώνει το FIN

που δέχτηκε με ένα πακέτο ACK. Στο σημείο αυτό και οι δύο διακόπτουν τη

σύνδεση.

2.4 Το ΙΡ Πρωτόκολλο

Γενικότερα, το πρωτόκολλο Διαδικτύου (IP) είναι πρωτόκολλο που

χρησιμοποιείται για την επικοινωνία και μεταφορά δεδομένων πέρα από το

packet-switched δίκτυο και επιτρέπει την χρησιμοποίηση συσκευών που

λειτουργούν στο επίπεδο 3 (Βασικό πρότυπο αναφοράς OSI όπως δρομολογητές

κα) για να τους συνδέσει μεταξύ τους. Όσον αφορά τις αρχιτεκτονικές, είναι

ενδιαφέρον να σημειωθεί ότι μερικοί αναφέρονται ανακριβώς στη σύνδεση των

δικτύων με γέφυρες ως σύνδεση μέσω καθαρών δικτύων, γιατί το σύστημα αυτό

μοιάζει με υποδίκτυο, και δεν απαιτείται πάντα πρωτόκολλο IP. Εντούτοις, ένα



ενιαίο δίκτυο υπολογιστών μπορεί να μετατραπεί σε ένα internet εργασίας με τη

διαίρεση του δικτύου σε τμήματα και την προσθήκη δρομολογητών ή άλλου

συσκευών επιπέδου 3 μεταξύ των τμημάτων. Για να φθάσουμε στην σημερινή

μορφή του δικτύου έχουμε περάσει από διάφορες αρχιτεκτονικές. Ο αρχικός

όρος για ένα internetwork ήταν catenet. Η σύνδεση μέσω δικτύων ήταν ο τρόπος

να συνδυαστούν ανόμοιοι τύποι τεχνολογιών αλλά έγινε πιο διαδεδομένη μέσω

της αναπτυσσόμενης ανάγκης να συνδεθούν δύο ή περισσότεροι δίκτυα τοπικής

περιοχής με κάποιο είδος δικτύου ευρείας περιοχής. Το IP παρέχει έναν

αξιόπιστο τρόπο μεταφοράς πακέτων σε ολόκληρο το διαδίκτυο μόνο με την

βοήθεια του πρωτοκόλλου μεταφορών TCP. Το TCP παρέχει μια σύνδεση με

το δρομολογητή προορισμού εκ των προτέρων. Δεδομένου ότι το TCP είναι το

ευρύτατα χρησιμοποιημένο πρωτόκολλο μεταφορών, αναφερόμαστε συνήθως

στο TCP και το IP μαζί. Μερικές εφαρμογές χρησιμοποιούν περιστασιακά ένα

απλούστερο πρωτόκολλο μεταφορών (αποκαλούμενο UDP) για στόχους που δεν

απαιτούν απολύτως αξιόπιστη παράδοση των στοιχείων, όπως τηλεοπτική ροή

(Packetization). Δεδομένα από το upper layer πρωτόκολλο έχουν ενσωματωθεί στα

packets/datagrams (όρος συνώνυμος με το IP). Καμία διαμόρφωση του

κυκλώματος δεν απαιτείται πριν ένας host προσπαθήσει να στείλει πακέτα σε

άλλον (packet-switched δίκτυο). Κατά συνέπεια το IP είναι ένα χωρίς σύνδεση

πρωτόκολλο. Αυτό είναι αντίθετο από τα δημόσια τηλεφωνικά δίκτυα που

απαιτούν την ρύθμιση ενός κυκλώματος πριν από ένα τηλεφώνημα ώστε να

μπορούν να συνδεθούν. Λόγω της αφαίρεσης που παρέχεται από την

ενθυλάκωση των επικεφαλίδων, το IP μπορεί να χρησιμοποιηθεί πάνω και από

ένα ετερογενές δίκτυο. (δηλ. ένα δίκτυο που συνδέει δύο υπολογιστές μπορεί να

είναι οποιοδήποτε μίγμα από Ethernet, ATM, FDDI, WI-FI, κ.λπ....) και δεν

κάνει καμία διαφορά στα ανώτερα επίπεδα πρωτοκόλλων. Κάθε επίπεδο

συνδέσεων μπορεί να έχει ή όχι την ανάγκη να μεταφραστούν οι διευθύνσεις IP

στις διευθύνσεις συνδέσεων των στοιχείων του. Αυτή η μετατροπή διευθύνσεων

αντιμετωπίζεται από το Protocol of resolution of addresses . Σήμερα το πιο κοινό

πρωτόκολλο είναι το IPv4. Το IPv6 έχει 128-bit διευθύνσεις έναντι των 32 bit του

IPV4 και η χρησίμοποίησή του θα αρχίσει από το επόμενο έτος(2008). Το IP



πρωτόκολλο από μόνο του είναι μια αναξιόπιστη υπηρεσία. Αυτό σημαίνει ότι το

δίκτυο δεν δίνει καμία εγγύηση για την χρονική στιγμή παράδοσης του κάθε

πακέτου. Λαμβάνει μέριμνα μόνο για τις επικεφαλίδες των πακέτων αλλά αυτό

δημιουργεί και πολλά προβλήματα. Για να αντιμετωπίσουμε αυτά τα ζητήματα

αξιοπιστίας, αναφερόμαστε στο πρωτόκολλο ανώτερου επιπέδου .

Εάν το πρωτόκολλο ανώτερου επιπέδου δημιουργήσει μεγάλα πακέτα, το IP

αναγκάζεται να κόψει το αρχικό διάγραμμα δεδομένων σε μικρότερα τεμάχια

για τη μετάδοση. Το IP παρέχει την αναγγελία οποιονδήποτε τεμαχίων που

φθάνουν από το ανώτερο επίπεδο με τη χρησιμοποίηση των σημαιών. Το

πρωτόκολλο ελέγχου μετάδοσης (TCP) είναι ένα καλό παράδειγμα ενός

πρωτοκόλλου που θα τροποποιήσει το μέγεθος του τμήματος αυτού για να είναι

μικρότερο από το MTU. Το πρωτόκολλο διαγραμμάτων δεδομένων χρηστών

(UDP) και πρωτόκολλο μηνυμάτων ελέγχου Διαδικτύου (ICMP) είναι

παραδείγματα πρωτοκόλλων που δεν λαμβάνουν υπόψη το μέγεθος MTU με

τέτοιον τρόπο που να αναγκάζουν το IP να τεμαχίσει τα μεγάλου μεγέθους

διαγράμματα δεδομένων. Η αρχική θέση για την βελτίωση της αξιοπιστίας είναι

να μειωθεί η πολυπλοκότητα στους δρομολογητές. Τα περισσότερα πρωτόκολλα

χτίζονται γύρω από την ιδέα ότι ο έλεγχος λάθους γίνεται καλύτερα πριν το τέλος

κάθε γραμμής επικοινωνίας, End-to-end. Οι πιο σύνθετες πτυχές του IP είναι το

IP addressing και το routing. Ο όρος Addressing αναφέρεται στο πώς οι host

λαμβάνουν μια ορισμένη IP addresses και πώς το υποσύνολο των IP host

addresses διαιρείται και ομαδοποιείται. Το IP routing εκτελείται από όλους τους

hosts, αλλά απαραίτητα από τους internetwork routers, οι οποίοι τυπικά

χρησιμοποιούν τα interior gateway protocols (IGPs) ή τα external gateway protocols

(EGPs) για να δημιουργήσουν το IP datagram για την αποστολή των στοιχείων

στα συνδεδεμένα IP δίκτυα.



2.4.1 Διευθύνσεις, τρόπος λειτουργίας

Μία διεύθυνση IP (Ip address - Internet Protocol address), είναι ένας μοναδικός

αριθμός που χρησιμοποιείται από συσκευές για τη μεταξύ τους αναγνώριση και

συνεννόηση σε ένα δίκτυο υπολογιστών που χρησιμοποιεί το Internet Protocol

standard. Κάθε συσκευή που ανήκει στο δίκτυο - όπως επίσης δρομολογητές

(routers), υπολογιστές, time-servers, εκτυπωτές, μηχανές για fax μέσω Internet,

και ορισμένα τηλέφωνα - πρέπει να έχει τη δική της μοναδική διεύθυνση. Μία

διεύθυνση IP μπορεί να θεωρηθεί το αντίστοιχο μιας διεύθυνσης κατοικίας ή

ενός αριθμού τηλεφώνου (σύγκριση με VoIP) για έναν υπολογιστή ή άλλη

συσκευή δικτύου στο Διαδίκτυο. Όπως κάθε διεύθυνση κατοικίας και αριθμός

τηλεφώνου αντιστοιχούν σε ένα και μοναδικό κτίριο ή τηλέφωνο, μια IP address

χρησιμοποιείται για τη μοναδική αναγνώριση ενός υπολογιστή ή άλλης συσκευής

που συνδέεται στο δίκτυο.

Μια διεύθυνση IP μπορεί να "μοιράζεται" σε πολλές συσκευές-πελάτες είτε

επειδή αυτές είναι μέρος ενός shared hosting web server environment, είτε λόγω

ενός proxy server (π.χ. ενός Παροχέα Υπηρεσιών Διαδικτύου (ISP) ή μιας

υπηρεσίας για εξασφάλιση ανωνυμίας - anonymizer service) που λειτουργού ως

μεσολαβητές. Στην τελευταία περίπτωση (χρήση διακομιστή μεσολάβησης) η

πραγματική διεύθυνση IP μπορεί να αποκρύπτεται απο το διακομιστή που

δέχεται αίτηση. Η αναλογία στα τηλεφωνικά συστήματα θα ήταν η χρήση

διεθνών ή τοπικών αριθμών κλήσης (proxy) και επεκτάσεων (shared).

2.4.1.1 Domain names

Μια network lookup service, το Domain Name System (DNS), δίνει τη

δυνατότητα να χαρτογραφηθούν hostnames σε μια διεύθυνση IP. Με αυτό τον

τρόπο οι άνθρωποι μπορούν εύκολα να θυμούνται ένα όνομα και όχι μια σειρά

αριθμών. Το DNS επιτρέπει πολλαπλές διευθύνσεις και ονόματα να δείχνουν σε

ένα πόρο του Διαδικτύου.



Ένας ακόμη λόγος ύπαρξης του DNS είναι να επιτρέπει, για παράδειγμα, σε έναν

ιστότοπο που φιλοξενείται (να είναι "hosted") σε πολλούς διακομιστές, καθένας

από τους οποίους έχει τη δική του διεύθυνση IP, να παρέχει στοιχειώδη load

balancing, δηλαδή το σωστό μοίρασμα της κίνησης που δέχεται ο ιστότοπος

ανάμεσα στους host υπολογιστές.

Για παράδειγμα, το www.wikipedia.org δείχνει στο 207.142.131.248.

Σημείωση: Το 207.142.131.248 είναι και για Wikipedia και Wikimedia. Ο browser

στέλνει το επιθυμητό όνομα του κεντρικού υπολογιστή ως μέρος του αιτήματος -

request, επιτρέποντας στον διακομιστή(server) να παρουσιάσει την κατάλληλη

σελίδα.

2.4.1.2 Dynamic και static διευύνσεις IP

Οι διευθύνσεις IP ορίζονται είτε μόνιμα (για παράδειγμα, σε ένα διακομιστή ο

οποίος βρίσκεται πάντα στην ίδια διεύθυνση) είτε προσωρινά από ένα πλήθος

διαθέσιμων διευθύνσεων.

2.4.1.3 Dynamic ΙP

Οι dynamic διευθύνσεις IP δίνονται για να αναγνωρίζονται προσωρινές συσκευές

όπως προσωπικοί υπολογιστές ή προγράμματα πελάτες (clients). Οι ISPs

χρησιμοποιούν δυναμική κατανομή (οι διευθύνσεις IP κατανέμονται δυναμικά)

για να ορίσουν διευθύνσεις από ένα μικρό πλήθος διαθέσιμων σε ένα μεγαλύτερο

αριθμό πελατών. Αυτή η μέθοδος χρησιμοποιείται για σύνδεση μέσω τηλεφώνου

(dial-up), WiFi και άλλες προσωρινές συνδέσεις, επιτρέποντας σε χρήστες

φορητών υπολογιστών να συνδέονται αυτόματα σε μια ποικιλία υπηρεσιών χωρίς

να χρειάζεται να γνωρίζουν λεπτομέρειες σχετικά με τo routing του κάθε

δικτύου.

Οι χρήστες με dynamic διευθύνσεις IP πιθανόν να έχουν προβλήματα στο να

τρέχουν δικό τους mail server (διακομιστή ηλεκτρονικού ταχυδρομείου) καθώς



τα τελευταία χρόνια υπηρεσίες όπως το mail-abuse.org [1] έχουν συλλέξει λίστες

από διαστήματα (ranges) διευθύνσεων IP (διευθύνσεις δηλαδή που έχουν ίδια

κάποια αρχικά ψηφία) και τις έχουν μπλοκάρει.

Η δυναμική κατανομή διευθύνσεων IP απαιτεί έναν κεντρικό διακομιστή (server)

για να ακούει τα αιτήματα και να ορίσει έπειτα μια διεύθυνση. Οι διευθύνσεις

μπορούν να οριστούν τυχαία ή να βασιστούν σε μια προκαθορισμένη πολιτική

(policy). Το πιο συνηθισμένο πρωτόκολλο που χρησιμοποιείται για τον ορισμό

διευθύνσεων δυναμικά είναι το Dynamic Host Configuration Protocol (DHCP).

Το DHCP περιλαμβάνει ένα lease time που καθορίζει πόσο καιρό μπορεί αυτός

που κάνει την αίτηση να χρησιμοποιήσει μια διεύθυνση πριν ζητήσει την

ανανέωσή της, επιτρέποντας σε διευθύνσεις να παίρνονται, εαν όποιος τις ζήτησε

αποσυνδεθεί.

Είναι σύνηθες να χρησιμοποιείται δυναμική κατανομή για ιδιωτικά δίκτυα.

Δεδομένου ότι τα ιδιωτικά δίκτυα σπάνια παρουσιάζουν έλλειψη διευθύνσεων,

είναι δυνατό να οριστεί η ίδια διεύθυνση στον ίδιο υπολογιστή με κάθε request ή

να καθοριστεί ένας παρατεταμένος lease time. Αυτές οι δύο μέθοδοι μιμούνται

την ανάθεση static IP address.

2.4.1.4 Static IP

Οι static διευθύνσεις IP χρησιμοποιούνται για να αναγνωρίζονται ημι-μόνιμες

συσκευές με σταθερές διευθύνεις IP. Οι εξυπηρετητές (servers) τυπικά

χρησιμοποιούν static διευθύνσεις IP. Η static διεύθυνση μπορεί να διαμορφωθεί

άμεσα (να γίνει configured) επάνω στη συσκευή η ως μέρος της κεντρικής

διαμόρφωσης DHCP που συσχετίζει τη MAC address της συσκευής με μια

στατική διεύθυνση.

2.4.2 Εκδόσεις IP

To Πρωτόκολλο Διαδικτύου έχει δύο κύριες εκδόσεις σε χρήση, τις IPv4 και IPv6.

Κάθε έκδοση έχει το δικό της ορισμό για την διεύθυνση IP. Λόγω της



επικράτησής της, ο όρος «διεύθυνση IP» τυπικά αναφέρεται σε εκείνες που

ορίζονται στο IPv4.

Οι διευθύνσεις IP που ορίζονται είναι αριθμοί της μορφής xxx.xxx.xxx.xxx (IPv4),

όπου xxx ένας αριθμός από 0 εώς 255 ή

xxxx:xxxx:xxxx:xxxx:xxxx:xxxx.xxx.xxx.xxx.xxx (IPv6). Σε ένα δίκτυο

υπολογιστών όπως είναι και το Διαδίκτυο ο κάθε υπολογιστής στέλνει ορισμένα

πακέτα πληροφοριών, τα οποία ονομάζονται IP Packets.

2.4.2.1 IPv4

Το IPv4 χρησιμοποιεί διευθύνσεις των 32-bit (4 byte), που περιορίζουν το πλήθος

διευθύνσεων σε 4.294.967.296 (232) πιθανές μοναδικές διευθύνσεις. Εντούτοις,

πολλές παρακρατούνται για ειδικούς λόγους, όπως για χρήση σε ιδιωτικά δίκτυα

(~18 εκατομμύρια) ή διευθύνσεις multicast (~1 εκατομμύριο). Κατά αυτόν τον

τρόπο, μειώνεται ο αριθμός που μπορεί να διατεθεί για δημόσιες διευθύνσεις

Διαδικτύου και, καθώς ο αριθμός διαθέσιμων διευθύνσεων καταναλώνεται, η

έλλειψη εμφανίζεται να είναι αναπόφευκτη μακροπρόθεσμα. Αυτός ο

περιορισμός έχει βοηθήσει στη στροφή προς το IPv6, που είναι αυτήν την

περίοδο σε αρχικά στάδια επέκτασης και ο μόνος υποψήφιος αντικαταστάτης

του IPv4.

2.4.2.2 IPv5

Ό,τι θα μπορούσε να θεωρηθεί IPv5 υπήρξε μόνο ως ένα πειραματικό

πρωτόκολλο, ονομαζόμενο ST2, που περιγράφηκε στο RFC 1819. Σύμφωνα με τις

πρότυπες συμβάσεις για κάθε διανομή UNIX, όλες οι περιττά αριθμημένες

εκδόσεις θεωρούνται πειραματικές. Αυτή η έκδοση δεν προορίστηκε ποτέ για

υλοποίηση και εφαρμογή και το πρωτόκολλο εγκαταλείφθηκε. To RSVP το έχει

αντικαταστήσει ως έναν ορισμένο βαθμό.



2.4.2.3 IPv6

Στο IPv6, το νέο standard (αλλά όχι ακόμα εκτεταμένης χρήσης) Πρωτοκόλλο

Διαδικτύου, οι διευθύνσεις έχουν μέγεθος 128 bit, το οποίο, ακόμη και με

γενναιόδωρη ανάθεση netblocks, θα είναι αρκετό για να επαρκέσει στο κοντινό

μέλλον. Θεωρητικά, θα υπάρχουν ακριβώς 2128, ή περίπου 3,403 × 1038

μοναδικές διευθύνσεις για διεπιφάνειες διακομιστών (host interfaces). Ο ακριβής

αριθμός είναι 340.282.366.920.938.463.463.374.607.431.768.211.456. Αυτό το

μεγάλο πλήθος διευθύνσεων θα εποικηθεί αραιά, γεγονός που καθιστά πιθανή

την κωδικοποίηση περισσότερων πληροφοριών δρομολόγησης στις ίδιες τις

διευθύνσεις.

Εκτός αυτού όμως παρέχει και ενσωματωμένο Quality of Services καθώς και

ασφάλεια μέσω του IPsec.

Το νέο πρωτόκολλο αυτό, έχει ήδη παρουσιαστεί από το 1991, με σκοπό να

αντικαταστήσει το πρωτόκολλο IPv4 που χρησιμοποιείται σήμερα και που πλέον

δεν μπορεί να καλύψει τις ανάγκες του ταχύτατα αναπτυσσόμενου διαδικτύου.

Βασική αδυναμία του IPv4 είναι ο πεπερασμένος αριθμός IP διευθύνσεων που

μπορεί να δώσει. Και αν τα 4,3 δις μοναδικών IP διευθύνσεων που παρέχει το

IPv4 σας φαίνονται αρκετά, τότε σίγουρα δεν σκέφτεστε και πολύ μακριά: Στην

απαρχή της εποχής του Mobile Internet, κάθε συσκευή που θα συνδέεται στο

διαδίκτυο θα πρέπει να έχει τη δική της διεύθυνση IP: από τα pcs όπως τα

ξέρουμε, μέχρι τα κινητά τηλέφωνα, τους υπολογιστές παλάμης, τους

υπολογιστές στα αυτοκίνητα μας και γιατί όχι, ακόμη και τα ...ψυγεία ή τους

φούρνους μικροκυμάτων. Το Ipv6 δίνει λύσεις σε πολλά ζητήματα, με κυριότερο

αυτό των διευθύνσεων IP, εξασφαλίζοντας πρακτικά απεριόριστο αριθμό

μοναδικών διευθύνσεων. Επιπλέον, προσφέρει και κάποια ακόμη σημαντικά

χαρακτηριστικά στους τομείς της ασφάλειας δεδομένων και της "ευελιξίας" που

απαιτούν οι mobile συσκευές (ή αλλιώς: οι "συσκευές με δυνατότητα

επικοινωνίας εν κινήσει"



Το πρωτόκολλο IP αποτελεί τη βασική τεχνολογία με την οποία επιτυγχάνεται η

επικοινωνία μεταξύ των υπολογιστών και όλων των άλλων συσκευών που

συνδέονται στο διαδίκτυο. Το IPv4, δηλ. το πρωτόκολλο IP έκδοση 4, αποτελεί τη

πλέον διαδεδομένη έκδοση του πρωτοκόλλου, που χρησιμοποιείται σήμερα στο

Διαδίκτυο. Το Ipv4, όμως, αδυνατεί να καλύψει τις σύγχρονες ανάγκες

διαδικτύωσης καθώς σχεδιάστηκε στα τέλη της δεκαετίας του '20. Το νέο

βελτιωμένο πρωτόκολλο IP έκδοση 6 (Ipv6) ξεπερνά τους υπάρχοντες

περιορισμούς διασύνδεσης και ανοίγει νέες προοπτικές, καθώς εξαπλώνεται η

χρήση του στο διαδίκτυο. Μία από τις σημαντικότερες τεχνολογικές δυνατότητες

του Ipv6 είναι ότι επιτρέπει τη διασύνδεση απεριόριστου αριθμού συσκευών στο

διαδίκτυο, καθώς κάνει διαθέσιμες 2122 (ή ισοδύναμα, 3,4 x 1032) ξεχωριστές

διευθύνσεις. Αυτό θα επιτρέψει ή θα διευκολύνει σημαντικά τη διασύνδεση στο

διαδίκτυο προσωπικών συσκευών (π.χ. κινητά τηλέφωνα 3ης γενιάς, κάμερες,

φωτογραφικές μηχανές), αισθητήρων κάθε μορφής (π.χ. μετρολογικών

αισθητήρων, αισθητήρων σε γραμμές παραγωγής), οικιακών συσκευών (π.χ.

συστήματα θέρμανσης, τηλεοράσεις), συστημάτων πλοήγησης σε μέσα

μεταφοράς (π.χ. αυτοκίνητα, τρένα, αεροπλάνα), κλπ. Συγκεντρωτικά τα

πλεονεκτήματα του ΙΡv6 μπορούν να αναφερθούν ως ακολούθως:

• Η ευκολία στη διαχείριση δικτύων υπολογιστών

• Αυξημένη υποστήριξη κινητών σταθμών - Κινητικότητα

• Η υποχρεωτική υποστήριξη μηχανισμών ασφάλειας

• Βελτίωση τεχνικών διασύνδεσης anycast και multicast

• Η υποστήριξη παροχής υπηρεσιών με εγγυημένο επίπεδο ποιότητας

Με δεδομένα τα παραπάνω πλεονεκτήματα, η τεχνολογία IPv6 είναι η πλέον

κατάλληλη για πλήθος εφαρμογές ή υπηρεσίες όπως:

• η διασύνδεση σε ευρυζωνικά δίκτυα με πολλούς μόνιμα συνδεδεμένους

χρήστες, οι οποίοι απαιτούν πολλαπλάσιο αριθμό δημόσιων διευθύνσεων,



• η τηλεφωνία με χρήση του πρωτοκόλλου IP, όπου απαιτεί δημόσια διεύθυνση

για κάθε τελική τερματική συσκευή,

• η κινητή τηλεφωνία και η παροχή υπηρεσιών διασύνδεσης με το Διαδίκτυο για

τους κινούμενους χρήστες,

• η ανταλλαγή πληροφοριών και δεδομένων σε δίκτυα peer-to-peer, στα οποία

επίσης απαιτούν δημόσιες διευθύνσεις για τους συμμετέχοντες χρήστες

• η τηλεμετρία πλήθους αυτόνομων συσκευών μέτρησης,

• η διαχείριση μεγάλων στόλων οχημάτων, κ.λπ.

Τα πλεονεκτήματα που προσφέρει η τεχνολογία IPv6 καθώς και οι νέες

εφαρμογές που θα επιφέρει, καθιστούν επιτακτική την ανάγκη αποδοχής και

εφαρμογής της. Η μετάβαση στο νέο πρωτόκολλο δεν είναι απλό εγχείρημα και

δεν μπορεί να γίνει μονομιάς. Αναγκαστικά, θα υπάρχει μια περίοδος μετάβασης

που το πρωτόκολλο IPv6 θα συνυπάρχει με το πρωτόκολλο IPv4 και θα πρέπει

κατά την περίοδο αυτή να εξασφαλίζεται η επικοινωνία τόσο μεταξύ κόμβων

IPv6 όσο και μεταξύ κόμβων IPv6 και κόμβων IPv4. Προκειμένου να

διευκολυνθεί η μετάβαση στην τεχνολογία IPv6 και να ελαχιστοποιηθούν τα

προβλήματα κατά τη μεταβατική περίοδο, έχει αναπτυχθεί μία σειρά από

τεχνικές μετάβασης που μπορούν να ακολουθηθούν ανάλογα με την εκάστοτε

περίπτωση.

Οι μέθοδοι μετάβασης κατηγοριοποιούνται σε τρεις ομάδες:

• Διπλής στοίβας (Dual Stack), που στοχεύουν κύρια στη υποστήριξη και των δύο

πρωτοκόλλων από τους κόμβους,

• Tunneling, που στοχεύουν κύρια στην αποκατάσταση επικοινωνίας μεταξύ IPv6

κόμβων όταν στο ενδιάμεσο δίκτυο υπάρχουν τμήματα που δεν υποστηρίζουν το

πρωτόκολλο IPv6,



• Τεχνικές μετάφρασης (translators) που στοχεύουν κύρια στην αποκατάσταση

επικοινωνίας μεταξύ IPv6 κόμβων και IPv4 κόμβων.

Η μετάβαση στο πρωτόκολλο IPv6 διευκολύνεται από το γεγονός ότι όλα σχεδόν

τα σύγχρονα λειτουργικά συστήματα υποστηρίζουν το νέο πρωτόκολλο.

Επιπλέον, ολοένα και περισσότερες δικτυακές εφαρμογές υποστηρίζουν το

πρωτόκολλο IPv6, ιδιαίτερα εφόσον έχει ενεργοποιηθεί σε επίπεδο λειτουργικού

συστήματος η αντίστοιχη υποστήριξη. Τέλος, όλες σχεδόν, οι σύγχρονες

δικτυακές συσκευές υποστηρίζουν το πρωτόκολλο IPv6. Έτσι, από την πλευρά

του εξοπλισμού και του λογισμικού δεν μπαίνουν περιορισμοί στην αποδοχή και

εφαρμογή του νέου πρωτόκολλου. Μάλιστα, η ενεργοποίηση του πρωτόκολλου

IPv6 στους προσωπικούς υπολογιστές είναι σχετικά απλή και στις περισσότερες

περιπτώσεις αποτελείται από μια σειρά από απλά βήματα. Βέβαια για να υπάρχει

πλήρης λειτουργικότητα απαιτείται η τεχνολογία IPv6 να υποστηρίζεται και από

τον εκάστοτε πάροχο της διασύνδεσης με το διαδίκτυο.

Παράλληλα, το Ipv6 θα επιτρέψει την απρόσκοπτη παροχή υπηρεσιών υψηλής

ταχύτητας διασύνδεσης σε κινούμενους χρήστες, βελτιώνοντας την

"κινητικότητα" (mobility) των χρηστών και διευκολύνοντας την αδιάλειπτη

περιαγωγή (roaming) μεταξύ ασύρματων δικτύων (202.11) και δικτύων κινητής

τηλεφωνίας (GSM/GPRS, UMTS). Επιπλέον, τo Ipv6 διευκολύνει την ασφάλεια

κατά την ανταλλαγή πληροφοριών, ενσωματώνοντας στη σχεδίασή του

δυνατότητες κρυπτογράφησης κατά τη μεταφορά δεδομένων.

Εύλογα, λοιπόν, αναμένεται ότι η εξάπλωση του πρωτοκόλλου Ipv6 και η αύξηση

των συσκευών που το υποστηρίζουν θα επιτρέψει τη συνεχή σύνδεση των

χρηστών του διαδικτύου και μάλιστα, σε οποιοδήποτε χώρο. Οι δυνατότητες

αυτές θα βοηθήσουν στην ανάπτυξη νέων καινοτόμων υπηρεσιών, που θα

αλλάξουν ριζικά την καθημερινότητα του σύγχρονού πολίτη, ενώ παράλληλα θα

ανοίξουν νέους ορίζοντες για πολλούς επιχειρηματικούς τομείς στη σύγχρονη

οικονομία.

Σήμερα, για να εξασφαλίσουμε αρκετές IP διευθύνσεις για κάθε συνδεδεμένο

τερματικό, οι operators χρησιμοποιούν το IPv4 μεταξύ των end-users και των



εφαρμογών. Υπολογίζω ότι τα IPv4 και IPv6 θα συνυπάρξουν στο IP backbone

δίκτυο για μεγάλο χρονικό διάστημα. Πολλά προϊόντα της Ericsson

συμπεριλαμβάνουν και τις δύο υλοποιήσεις, τα IPv4 – Ipv6. Για αυτά και ιδίως

για το IPv6, θα αναφερθώ εκτενέστερα στην συνέχεια.

Ακόμη, υπάρχει κοινή γνώση ότι οι υπηρεσίες διαδικτύου θα συνεχίσουν την

αστραπιαία αύξησή τους και ότι τα κινητά τερματικά θα είναι ένα σημαντικό

μέρος του διαδικτύου. Τα τρίτης Γενεάς Συστήματα (συμπεριλαμβανομένου και

του UMTS) είναι καλό να υιοθετήσουν το πρωτόκολλο που χρησιμοποιεί το

διαδίκτυο. Παρόλο που έχουν καθοριστεί κι άλλα πρωτόκολλα για το διαδίκτυο,

όπως το Anycast Service και το SLP, φαίνεται ότι υπάρχει μικρή εμπορική

υποστήριξη αυτών των πρωτοκόλλων και ακόμη λιγότερη γνώση του πως τα

πρωτόκολλα αυτά θα υποστηρίξουν τις επιθυμητές υπηρεσίες του διαδικτύου, σε

σχέση με το IP. Επίσης έχουν δημιουργηθεί πάρα πολλά ασύρματα συστήματα

και εφαρμογές για τον τομέα των WLANS και Mobile Networks. Ήδη υπάρχουν

πάρα πολλές εφαρμογές τους ανά το παγκόσμιο και με την πάροδο του χρόνου

αυτές οι εφαρμογές θα πολλαπλασιαστούν ραγδαία. Είναι λοιπόν πάρα πολύ

σημαντικό τα συστήματα αυτά καθώς και το UMTS να μπορούν να συνυπάρχουν

και να επικοινωνούν αποδοτικά μεταξύ τους. Έτσι, αφού το διαδίκτυο υιοθέτησε

το Ipv6 θα ήταν πολύ καλή εισήγηση τα συστήματα αυτά (από τα οποία τα

περισσότερα είναι IP compatible) και τα Τρίτης Γενεάς Συστήματα να

μπορούσαν να χρησιμοποιούν το Mobile Ipv6 για την αποστολή πακέτων

δεδομένων. Με αυτά υπόψη, προτείνεται η χρήση του Mobile Ipv6 για το UMTS

σύστημα.



2.5 Τι μπορεί να προσφέρει το Mobile Ipv6

Σχεδόν σε όλες τις παρουσιάσεις για συζητήσεις περί 3G cellular τεχνολογίες

δικτύου, για την υποστήριξη του μεγάλου αριθμού των κινητών χρηστών

δεδομένων, το Mobile Ipv6 είναι από τις πρώτες επιλογές. Αυτό γιατί το Mobile

Ipv6, όπως και το Ipv6, παρέχει αυξημένες διευθύνσεις IP, σε σχέση με άλλα

πρωτόκολλα. Υπάρχουν ελπίδες ότι οι διευθύνσεις αυτές θα είναι αρκετές για να

καλύψουν τον αυξημένο αριθμό χρηστών του διαδικτύου και των 3G

συστημάτων. Ακόμη, το Mobile Ipv6, έχει λίγο overhead επεξεργασίας και

λειτουργεί αποτελεσματικά και με μικρές, λίγων δυνατοτήτων συσκευές.

Η υιοθέτηση του Mobile Ipv6 θα βοηθήσει στην υποστήριξη του roaming. Η

λειτουργία του autoconfiguration για το “care – of – address” βελτιώνει την

robustness και την αποδοτικότητα. Επιπλέον, το MTU μπορεί να προσαρμοστεί

πιο εύκολα όταν ένας router προωθεί πακέτα σε καινούργια “care-of-address”.

Τα θέματα μετάβασης από το Mobile IPv4 στο Mobile Ipv6, εξετάζονται από την

επιτροπή IETF Next Generation Transition.

Σε συντομία μερικά από τα κυριότερα χαρακτηριστικά του Mobile Ipv6 που είναι

χρήσιμα σε 3G συστήματα, όπως και το UMTS είναι :

• Σχεδόν απεριόριστος αριθμός από διευθύνσεις

• Ενσωματωμένη υποστήριξη ασφάλειας (built-in security support)

• Ενσωματωμένη υποστήριξη κινητικότητας (built-in mobility support)

• Αποτελεσματική δρομολόγηση.

• Λειτουργίες για απλοποιημένη διαχείριση δικτύου

• Παρέχει autoconfiguration διευθύνσεων

• Ίδιο επίπεδο QoS υποστήριξης όπως και το IPv4, με δυνατότητες βελτίωσης.



• Επιλογή παροχέα διαδικτύου (Internet provider selection)

• Αποτελεσματική επεξεργασία πακέτων στους δρομολογητές

Γενικά, είναι το πρωτόκολλο για μεγαλύτερα και καλύτερης ποιότητας δίκτυα

λόγω και των ακόλουθων χαρακτηριστικών του.

Α. Διαχείριση

Για να συνδεθεί ένας υπολογιστής στο δίκτυο απαιτεί ρυθμίσεις που αφορούν την

ονοματολογία του, τη διεύθυνση IP που θα χρησιμοποιήσει, τη μάσκα του

δικτύου (network mask), τη διεύθυνση IP για τον δρομολογητή-πύλη του δικτύου

(network gateway) του καθώς και άλλα στοιχεία. Ακόμη και για μικρού μεγέθους

δίκτυα, η όλη διαδικασία ρύθμισης και διαχείρισης των δικτυακών συσκευών

γίνεται περίπλοκη.

Παρόλο που πρόσθετοι μηχανισμοί (π.χ. τα πρωτοκόλλα Dynamic Host

Configuration Protocol - DHCP και Bootstrap Protocol - BOOTP) απλούστευσαν

τη συγκρότηση και τη διαχείρισης των δικτυακών συσκευών σε δίκτυα IPv4

εξακολουθούν να υπάρχουν ελλείψεις, π.χ. δεν είναι δυνατόν να οριστούν με

αυτόματο τρόπο οι διεύθυνσεις εξυπηρετητών του δικτύου (network servers).

Η εύκολη συγκρότηση και διαχείριση των δικτυακών συσκευών αποτέλεσε

εξαρχής έναν από τους βασικές αρχές σχεδίασης του πρωτοκόλλου IPv6.

Προβλέπονται λειτουργίες με τις οποίες ένας δικτυακός κόμβος μπορεί αυτόματα

να συνδεθεί στο δίκτυο και να αποφευχθούν πιθανές δυσλειτουργίες από

ανθρώπινα διαχειριστικά λάθη, πχ απόδοση της ίδια διεύθυνσης IP σε δύο

συσκευές. Η λειτουργία stateless auto-configuration, για παράδειγμα, επιτρέπει

σε μία δικτυακή συσκευή να δημιουργήσει αυτόματα τη μοναδική της διεύθυνσή

IPv6 κάνοντας χρήση της (μοναδικής) διεύθυνσης Ethernet MAC. Αντιστοίχως, η

λειτουργία statefull autoconfiguration επιτρέπει σε ένα κόμβο να συλλέξει

πλήθος από πληροφορίες σχετικές με το δίκτυο διασύνδεσης και τους

διαθέσιμους εξυπηρετητές, πχ εξυπηρετητές NTP (network time protocol).



Το πρωτόκολλο IPv6 επιτρέπει την συγκρότηση και χρήση περισσοτέρων της

μιας διευθύνσεων IPv6. Ανάλογα αν απαιτείται η επικοινωνία με ένα κόμβο στο

ίδιο τοπικό δίκτυο, στην ίδια διαχειριστική περιοχή ή γενικά στο Διαδίκτυο, ο

κόμβος IPv6 θα χρησιμοποιήσει ανάλογα μία από τις διαθέσιμες διευθύνσεις

IPv6 που έχει συγκροτήσει, πχ μία από τις διευθύνσεις link local, ULA (πρώην

site local) ή global. Η χρήση διαφορετικών τύπων διευθύνσεων IPv6 διευκολύνει

την ανάπτυξη δικτυακών υπηρεσιών, αυξάνει την ευρωστία (robustness) του

δικτύου και την ασφάλεια των δικτυακών κόμβων.

Β. Κινητικότητα Χρηστών

Το IPv6 επιτρέπει την απρόσκοπτη παροχή υπηρεσιών υψηλής ταχύτητας

διασύνδεσης σε κινούμενους χρήστες, βελτιώνοντας την «κινητικότητα»

(mobility) των χρηστών και διευκολύνοντας την αδιάλειπτη περιαγωγή

(roaming) μεταξύ ασύρματων δικτύων (802.11) και δικτύων κινητής τηλεφωνίας

(GSM/GPRS, UMTS). Το IPv6 αντιπροσωπεύει μια πραγματική επανάσταση για

την υποστήριξη κινητών χρηστών. Στην πραγματικότητα, το IPv6 έχει προβλέψει

την ανάγκη να υποστηριχθούν αποτελεσματικά οι κινητοί χρήστες από το

σχεδιασμό του και δεν δεσμεύτηκε από απαιτήσεις συμβατότητας με

προηγούμενες εκδόσεις προκειμένου να πετύχει την καλύτερη δυνατή

υποστήριξη της κινητικότητας των χρηστών..

Για την υποστήριξη των κινητών χρηστών το IPv6 υιοθέτησε το βασικό κορμό της

υποστήριξης κινητών χρηστών που είχε σχεδιαστεί για το IPv4 (Mobile IP). Η

υποστήριξη κινητών χρηστών μάλιστα στο IPv6 παρουσιάζει σημαντικά

πλεονεκτήματα λόγω των μηχανισμών του σε θέματα όπως τη δυνατότητα

αυτόματης ρύθμισης των σταθμών εργασίας. Σε αναλογία με την υποστήριξη

κινητών χρηστών για το IPv4 κάθε κινητός σταθμός έχει μία μόνιμη διεύθυνση

που λέγεται οικεία/μόνιμη (home) διεύθυνση και η οποία παραμένει σταθερή

ανεξάρτητα από τα δίκτυα που συνδέεται ο κινητός κόμβος. Ο κινητός κόμβος

όταν δεν βρίσκεται στο οικείο του (home) υποδίκτυο χρησιμοποιεί μια

προσωρινή (care-of) διεύθυνση που είναι μία κανονική IPv6 διεύθυνση που



λαμβάνει με το μηχανισμό της αυτόματης ρύθμισης στο ξένο υποδίκτυο (foreign

subnet). Στο οικείο υποδίκτυο ένας εξυπηρετητής (που ονομάζεται οικείος

πράκτορας- Home Agent) δεσμεύει όλα τα πακέτα που απευθύνονται στην οικεία

διεύθυνση του κινητού κόμβου και τα δρομολογεί μέσω tunnel στην προσωρινή

του διεύθυνση. Ο κινητός κόμβος απαντά απευθείας στον αποστολέα και έτσι

αυτός μαθαίνει την προσωρινή διεύθυνση του κινητού κόμβου και στη συνέχεια

επικοινωνεί με αυτόν απευθείας. Έτσι αποφεύγεται ένα από τα σημαντικότερα

προβλήματα δρομολόγησης που είναι γνωστό σαν triangle routing, το οποίο

αναλύω στην συνέχεια.

Οι κινητοί κόμβοι έχουν λοιπόν πολλαπλές διευθύνσεις που αποκτούν με τη

διαδικασία του autoconfiguartion. Έτσι, δεν απαιτείται και δεν υπάρχει ξένος

πράκτορας (foreign agent) και απλοποιείται η όλη λειτουργία. Επίσης είναι

δυνατό οι κινητοί κόμβοι να ανακαλύπτουν μόνοι τους τη διεύθυνση του οικείου

πράκτορα στέλνοντας ένα μήνυμα τύπου anycast στο οικείο υποδίκτυο.

Η ύπαρξη πολλαπλών διευθύνσεων που μάλιστα αλλάζουν όταν ο κινητός κόμβος

μεταβαίνει από ένα ξένο υποδίκτυο σε ένα άλλο, μπορεί να δημιουργήσει

προβλήματα, κύρια στην συντήρηση συνόδων των πρωτοκόλλων μεταφοράς. Το

πρωτόκολλο IPv6 αντιμετωπίζει το πρόβλημα με το να μεταδίδει και την οικεία

διεύθυνση (για την αναγνώριση και συντήρηση των συνόδων) και την εκάστοτε

προσωρινή (για την ορθή δρομολόγηση των πακέτων), στα κατάλληλα πεδία της

επικεφαλίδας. Από τα παραπάνω προκύπτει πως το πρωτόκολλο IPv6

υποστηρίζει κινητούς κόμβους πολύ καλύτερα από το IPv4.

Γ. Ασφάλεια

Το πρωτόκολλο IPv6 διευκολύνει την ασφαλή ανταλλαγή πληροφοριών μεταξύ

των δικτυακών συσκευών. Ο κάθε κόμβος IPv6 υποστηρίζει υποχρεωτικά

δυνατότητες κρυπτογράφησης κατά τη μεταφορά δεδομένων. Ειδικότερα, η

υποστήριξη του πρωτοκόλλου ΙPsec (IP security) είναι υποχρεωτική για κάθε

κόμβο IPv6. Αντιθέτως, η υποστήριξη του πρωτοκόλλου IPsec σε κόμβους IPv4

είναι προαιρετική και απαιτεί την εγκατάσταση κατάλληλου λογισμικού.

Επιπλέον, οι μηχανισμοί ασφάλειας σε ένα δίκτυο IPv6 δεν αναιρούνται από την



χρήση άλλων μηχανισμών ή λειτουργιών, σε αντίθεση με ότι συμβαίνει συχνά σε

δίκτυα IPv4. Για παράδειγμα, η χρήση λειτουργιών NAT σε δίκτυα IPv4 καταργεί

την από άκρο-σε- άκρο ασφάλεια κατά την ανταλλαγή πληροφοριών καθώς η

ενδιάμεση πύλη NAT υποχρεωτικά πρέπει να αλλάξει τα πεδία στην επικεφαλίδα

των μεταφερόμενων πακέτων.

Δ. Anycasting

Το πρωτόκολλο IPv6 υποστηρίζει το μηχανισμό anycast με τον οποίο ένας κόμβος

μπορεί να απευθύνει ένα μήνυμα σε ένα σύνολο από παραλήπτες και το μήνυμα

να παραδοθεί σε έναν από τους παραλήπτες (τον κοντινότερο στον αποστολέα

όπως αυτό εκτιμάται με βάση μετρικές του δικτύου). Ο μηχανισμός αυτός

επιτρέπει τη υλοποίηση εύρωστων υπηρεσιών αφού μπορούν να υπάρχουν

περισσότεροι από ένας εξυπηρετητές που αντιστοιχούν σε μια διεύθυνση και εάν

ένας δεν είναι διαθέσιμος τότε το δίκτυο θα φροντίσει να παραδώσει το μήνυμα

σε κάποιον άλλο ώστε να εξυπηρετηθεί. Παράλληλα, επιτρέπει την (αυτόματη)

κατανομή του φόρτου εργασίας σε περισσότερους από ένα εξυπηρετητές χωρίς

να χρειάζεται καν ο αποστολέας να έχει γνωρίζει αν υπάρχει ένας η περισσότεροι

εξυπηρετητές.

Ε. Multicasting

Το πρωτόκολλο IPv6 έχει καλύτερη υποστήριξη του μηχανισμού multicast, που

επιτρέπει σε ένα κόμβο να απευθύνει ένα μήνυμα σε ένα σύνολο από παραλήπτες

και το μήνυμα να παραδοθεί σε όλους τους παραλήπτες . Η καλύτερη υποστήριξη

είναι εμφανής ειδικά για τους κινητούς κόμβους. Το IPv4 παρουσιάζει

προβλήματα στην περίπτωση που ο κινητός κόμβος κάνει χρήση του μηχανισμού

multicast. Όταν ο κινητός κόμβος δε βρίσκεται στο οικείο του (home) υποδίκτυο

δεν μπορεί να αποστείλει multicast πακέτα. Αντίθετα στο IPv6 η υποστήριξη του

μηχανισμού multicast είναι ενσωματωμένη και δεν παρουσιάζονται τέτοια

προβλήματα. Τέλος το IPv6 προσφέρει καλύτερη διαχείριση της κυκλοφορίας

των IP πακέτων αφού χρησιμοποιεί την τεχνική multicast καταργώντας την

τεχνική broadcast, η χρήση της οποίας έχει αποδειχθεί ότι είναι σημαντικός

περιοριστικός παράγοντας στην απόδοση ενός δικτύου.



Με τη χρήση IP πρωτοκόλλου στα συστήματα τρίτης γενεάς, σε WLAN

συστήματα και στο διαδίκτυο, γίνεται δυνατή η δημιουργία ενός πραγματικά

παγκόσμιου ιστού με βάση το IP.

Εικόνα 2.2

Η σχεδίαση του Mobile Ipv6 είναι τέτοια, έτσι ώστε μια συσκευή που

χρησιμοποιεί τo πρωτόκολλο αυτό μπορεί να φύγει από το home subnet της και

να διατηρήσει όλες τις συνδέσεις της καθώς και να παραμένει προσιτή από άλλες

συσκευές στο διαδίκτυο. Αυτό επιτυγχάνεται με την αναγνώριση του κάθε

κόμβου με την στατική του Home Address (HA), ανεξαιρέτως της θέσης του και

του σημείου σύνδεσής του με το διαδίκτυο. Ο μηχανισμός με τον οποίο

επιτυγχάνεται αυτό είναι εντελώς αόρατος για όλα τα επίπεδα πιο ψηλά από το

IP, όπως για παράδειγμα το TCP και UDP – και φυσικά όλες τους τις εφαρμογές.

Έτσι τα DNS entries για ένα κόμβο αναφέρονται στο HA του και δεν αλλάζουν με

την μετακίνηση του κόμβου. Κατ’ ακρίβεια, το Mobile Ipv6 επηρεάζει την

δρομολόγηση των πακέτων, αλλά είναι ανεξάρτητο από το πρωτόκολλο

δρομολόγησης (RIP, OSPF και τα λοιπά).

Θα προσπαθήσω να εξηγήσω για λίγο σε αυτές τις παραγράφους, την ανάγκη για

την ύπαρξη του Mobile IP και ποιές ακριβώς είναι οι απαιτήσεις που το

καθιέρωσαν. Όταν ένας host στέλνει ένα πακέτο IP, στο header του

συμπεριλαμβάνεται και η διεύθυνση του παραλήπτη, η οποία όχι μόνο καθορίζει



τον παραλήπτη αλλά και το subnet του. Για παράδειγμα η διεύθυνση παραλήπτη

192.42.11.3 προσδιορίζει ότι ο παραλήπτης βρίσκεται στο subnet με το network

prefix 192.42.11. Οι δρομολογητές του διαδικτύου, έχουν αποθηκευμένα στους

πίνακές τους μόνο τα network prefixes (για βελτιστοποίηση) κι έτσι το

συγκεκριμένο πακέτο θα σταλεί στο subnet με το network prefix 192.42.11. Έτσι

αν ο παραλήπτης μπορεί να βρεθεί στο subnet του, θα παραλάβει τα πακέτα που

του στέλνονται, μόλις μετακινηθεί έξω από το subnet network, τα πακέτα

χάνονται. Χρειάζεται λοιπόν να υπάρχει δυνατότητα για αξιοποίηση του

διαδικτύου από τον φορητό μας υπολογιστή, μέσω του σύγχρονου δικτύου


2.6 Προβλήματα που αντιμετωπίζονται

Σήμερα υπάρχουν κάποια προβλήματα όσον αφορά το roaming κινητών

συσκευών συνδεδεμένων στο Internet. Τα προβλήματα ξεκινούν όταν κάποιος

αποσυνδέσει την κινητή συσκευή από το Internet με στόχο να τη συνδέσει κάπου

αλλού. Κανονικά δεν είναι δυνατή η συνέχιση της επικοινωνίας μέχρις ότου να

ξανά σεταριστεί το σύστημα με μια νέα IP διεύθυνση το σωστό netmask και έναν

default router.

Το πρόβλημα βρίσκεται στον μηχανισμό δρομολόγησης που χρησιμοποιείται στο

Internet. H IP διεύθυνση καθορίζει μια τοπολογική σχέση μεταξύ των

συνδεδεμένων υπολογιστών. Οι σημερινές εκδόσεις των Internet πρωτοκόλλων

θεωρούν ότι κάθε κόμβος έχει συνεχώς το ίδιο σημείο επαφής με το Internet.

Επιπρόσθετα η IP διεύθυνση του κόμβου καθορίζει και το link στο οποίο ο

κόμβος είναι προσκολλημένος. Αν ένας κόμβος μετακινηθεί χωρίς αλλαγή της IP

διεύθυνσης τότε δεν υπάρχει πληροφορία για το νέο σημείο επαφής με το

Internet. Σε αυτά όλα θα δώσει απαντήσεις το νέο πρωτόκολλο.



2.7 Ιδιαιτερότητες των κινητών δικτύων από πλευράς network layer

Στην σχεδίαση της αρχιτεκτονικής των κινητών δικτύων στο network layer

έπρεπε να ληφθούν υπόψη κάποιοι παράγοντες και απαιτήσεις για να γίνει

σωστά η ανάπτυξή τους. Αυτοί οι παράγοντες είναι:

• Συμβατότητα (Compatibility)

Ο αριθμός των Η/Υ που χρησιμοποιούν το TCP/IP για σύνδεση και επικοινωνία

μέσω του διαδικτύου είναι τεράστιος. Έτσι ένα νέο πρότυπο, σαν το Mobile IP,

δεν είναι σε θέση να απαιτεί αλλαγές για εφαρμογές ή για πρωτόκολλα που ήδη

χρησιμοποιούνται. Δεν είναι ούτε πρακτικό να γίνεται χρήση διαφορετικών

εφαρμογών αποκλειστικά για κινητούς Η/Υ. Το ίδιο ισχύει και για τα λειτουργικά

συστήματα (O/S) κανείς δεν επιθυμεί την χρήση διαφορετικού O/S στον φορητό

του υπολογιστή. Το Mobile IP λοιπόν έπρεπε να γίνει μέρος των υπαρχόντων O/S

ή τουλάχιστο να μπορεί λειτουργά στα O/S αυτά. Επίσης οι δρομολογητές του

διαδικτύου δεν ήταν σε θέση να αλλάξουν το λογισμικό τους για υποστήριξη της

νέας αυτής εφαρμογής. Ακόμη, το Mobile IP έπρεπε να είναι συμβατό με τα

χαμηλότερα επίπεδα που χρησιμοποιούνται από το κανονικό, μη κινητό IP. Αυτό

όμως σημαίνει και την χρήση του ίδιου format για διευθύνσεις καθώς και τους

ίδιους μηχανισμούς για δρομολόγηση.

• Διαφάνεια (Transparency)

Η κίνηση του χρήστη έπρεπε να παραμένει «αόρατη», διαφανής για πολλά

πρωτόκολλα και εφαρμογές πιο ψηλών επιπέδων. Για το TCP για παράδειγμα,



πρέπει ο Η/Υ να έχει πάντα την ίδια διεύθυνση ΙΡ, άσχετα από την θέση του και

το δίκτυο στο οποίο βρίσκεται. Όμως, είναι γνωστό ότι σχεδόν όλες οι εφαρμογές

δεν είχαν σχεδιαστεί με πρόνοια για κινητικότητα. Έτσι πρέπει η κίνηση του

χρήστη να επηρεάζει το πολύ, σε θέματα μείωσης του bandwidth και αύξησης

του χρόνου καθυστέρησης και να μην γίνεται αντιληπτή στον χρήστη. Υπάρχουν

όμως και μερικές εφαρμογές, οι οποίες είναι καλύτερα να έχουν «γνώση» της

κινητικότητας του χρήστη. Όπως για παράδειγμα εφαρμογές για τις οποίες ο

χρήστης χρεώνεται ένα ποσό. Γνωρίζοντας ότι υπάρχει δυνατότητα

χρησιμοποίησης κάποιου άλλου δικτύου, το λογισμικό-εφαρμογή μπορεί να

διαλέξει το πιο φτηνό δίκτυο. Ήταν λοιπόν αναγκαίοι επιπρόσθετοι μηχανισμοί

για να μπορούν οι εφαρμογές αυτές να ενημερώνονται για την κίνηση και τη

θέση του χρήστη.

• Αποδοτικότητα (Efficiency)

H ένταξη ενός νέου μηχανισμού στο διαδίκτυο, δεν έπρεπε να διακινδύνευε την

απόδοση του δικτύου. Η ενδυνάμωση του ΙΡ για την υποστήριξη κινητικότητας,

δεν πρέπει να συντελέσει στην αύξηση των πακέτων στο δίκτυο, προκαλώντας

υπερχείλιση. Πολύ μεγάλη σημασία έπρεπε να δοθεί και στο γεγονός ότι κατά

κανόνα, οι ασύρματες συνδέσεις έχουν πιο χαμηλό bandwidth και όλα σχεδόν τα

κινητά συστήματα θα έχουν μια ασύρματη σύνδεση.

• Ασφάλεια

Αδιαμφισβήτητα, η κινητικότητα προβάλει πολλά και καινούργια προβλήματα

ασφάλειας. Είναι καταρχάς απαραίτητο, να γίνεται προτυποποίηση όλων των

μηνυμάτων και πακέτων που αφορούν τη διαχείριση του Mobile IP. Πρέπει το IP

layer να είναι σίγουρο πριν να στείλει ένα πακέτο σε ένα κινητό host, ότι ο host

αυτός είναι πράγματι ο σωστός παραλήπτης του πακέτου. Το IP layer όμως όπως

ήταν, μπορούσε μόνο να εγγυηθεί ότι η διεύθυνση ΙΡ του παραλήπτη ήταν

σωστή.



2.8 Βασικές Ορολογίες

Ακολουθούν κάποιες επεξηγήσεις ορολογιών που θα χρησιμοποιούνται στο

κεφάλαιο αυτό:

Πίνακας 2.6 Επεξηγήσεις ορολογιών

Binding Η σύνδεση της home address ενός κινητού με της

care-of address αυτού του κινητού.

Care-of address Μια IP διεύθυνση συσχετισμένη με ένα κινητό κόμβο

όταν αυτός επισκέπτεται ένα foreign link, το subnet

πρόθεμα αυτής της IP διευθύνσεις είναι ένα ξένο

subnet πρόθεμα. Μεταξύ των πολλών care-of

addresses που μπορεί να έχει ένα κινητό κάποια

στιγμή, αυτό που σχετίζεται με τον home agent του

ονομάζεται πρωταρχική care-of address.

Correspondent Node Ο κόμβος με τον οποίο το κινητό επικοινωνεί. Αυτός

μπορεί να είναι είτε κινητός είτα σταθερός.

Foreign Link Ένα άλλο link εκτός από το home link του κινητού

κόμβου.

Foreign Subnet

Prefix

Ένα IP subnet πρόθεμα άλλο από το home subnet

πρόθεμα του κινητού.

Home Address Μια IP διεύθυνση δοσμένη στον κινητό κόμβο μέσα

στο home link.

Home Agent Ένας router στο home link του κινητού κόμβου στον

οποίο το κινητό έχει εγγράψει την τρέχουσα care-of

address. Αν ο κινητός κόμβος είναι μακριά από το

home, ο home agent μεταφράζει τα πακέτα τα οποία

προορίζονται για το home address του κινητού και τα



κάνει αναδρομολόγηση στην care-of address.

Home Link To link στο οποίο ορίζεται το home subnet πρόθεμα

του κινητού κόμβου.

Home Registration Εγγραφή του κινητού κόμβου στην πρωταρχική care-

of address.

Home Subnet prefix Το IP πρόθεμα το οποίο αναφέρεται στην home

address του κινητού κόμβου.

Mobile node Ένας κόμβος ο οποίος μπορεί να αλλάζει το σημείο

επαφής από το ένα link στο άλλο, ενώ είναι ακόμα

προσβάσιμος από την home διεύθυνση.

Movement Μια αλλαγή στο σημείο επαφής του κινητού με το

Internet τέτοια ώστε να μην συνδέεται στο ίδιο link

όπως και πριν. Αν ένας κινητός κόμβος δεν είναι

συνδεδεμένος στο home link τότε λέμε ότι είναι “away

from home”.

To Mobile IPv6 απαιτεί την ανταλλαγή επιπλέον πληροφοριών. Όλα τα νέα

μηνύματα στο Mobile IPv6 ονομάζονται, Mobile IPv6 επιλογές προορισμού.

Αυτές οι επιλογές χρησιμοποιούνται στο Mobile IPv6 για να μεταφέρουν

επιπλέον πληροφορίες που χρειάζεται να εξεταστούν από τους προορισμούς

(Destination Options). Αυτές οι επιλογές χρησιμοποιούνται στο Ipv6 για την

παροχή των επιπρόσθετων πληροφοριών που χρειάζονται να εξεταστούν μόνο

από τον παραλήπτη ενός πακέτου.

Οι ακόλουθες νέες Επιλογές Προορισμού καθορίζονται στο Mobile Ipv6 :

• Binding Update: Η επιλογή αυτή χρησιμοποιείται από ένα κινητό κόμβο, για να

πληροφορήσει τον ΗΑ του ή οποιοδήποτε άλλο CN για την τρέχουσα COA του.



• Binding Acknowledgement: Αυτή η επιλογή χρησιμοποιείται για αναγνώριση

της παραλαβής ενός Binding Update, αν ζητείται αναγνώριση.

• Binding Request: Η επιλογή αυτή χρησιμοποιείται από οποιοδήποτε κόμβο,

όταν επιθυμεί ένας κινητός κόμβος να του στείλει ένα Binding Update.

• Home Address: Χρησιμοποιείται σε ένα πακέτο το οποίο έχει αποστείλει ένας

κινητός κόμβος για να ενημερώσει τον παραλήπτη του πακέτου για το ποιά είναι

η ΗΑ του.

2.9 Δομές Δεδομένων

Οι προδιαγραφές του Mobile Ipv6 περιγράφουν το πρωτόκολλο

χρησιμοποιώντας τις ακόλουθες τρεις δομές δεδομένων[15]:

Binding Cache

Κάθε Mobile Ipv6 κόμβος έχει μια Binding Cache μνήμη η οποία χρησιμοποιείται

για να φυλάει τα bindings για άλλους κόμβους. Για παράδειγμα όταν ένας

κόμβος λάβει ένα Binding Update, θα το φυλάξει στην Binding Cache του. Κάθε

φορά που ένα πακέτο θα αποσταλεί, γίνεται μια αναζήτηση στη Binding Cache

για μια εγγραφή που αφορά τον παραλήπτη. Αν βρεθεί μια εγγραφή, το πακέτο

αποστέλλεται στη COA του παραλήπτη κι όχι στην ΗΑ του.

Binding Λίστα Ενημέρωσης

Κάθε κινητός κόμβος έχει μια binding λίστα ενημέρωσης η οποία

χρησιμοποιείται για να αποθηκεύονται πληροφορίες σχετικά με κάθε Binding

Update που έχει σταλεί από αυτόν τον κινητό κόμβο και του οποίου δεν έχει λήξη

ακόμη η διάρκεια ζωής του. Περιέχει όλα τα Binding Updates που έχουν σταλεί

σε οποιοδήποτε CN, είτε σταθερό είτε κινητό και στον HA του.

Home Agents List



Για κάθε HL όπου ένας κόμβος λειτουργεί σαν HA, δημιουργεί μια λίστα η οποία

περιέχει πληροφορίες για όλους τους άλλους HA σε αυτή τη σύνδεση (link). Οι

πληροφορίες λαμβάνονται από τις διαφημίσεις των δρομολογητών που στέλνουν

οι ΗΑs. Στις διαφημίσεις αυτές, είναι ενεργοποιημένο το home agent bit, αν ο

αποστολέας είναι HA σε αυτή τη σύνδεση. Οι πληροφορίες για τους άλλους ΗΑs

χρησιμοποιούνται από τον μηχανισμό Dynamic Home Agent Discovery. Ο

μηχανισμός αυτός επιτρέπει σε ένα κινητό κόμβο να ανακαλύπτει δυναμικά την

ΙΡ διεύθυνση ενός ΗΑ στο HL του, στον οποίο μπορεί να εγγράψει την primary

care-of address του κατά την διάρκεια που βρίσκεται μακριά από το home

network του.

Κεφάλαιο 3ο All IP UMTS αρχιτεκτονική


Κεφάλαιο 3ο

ALL IP UMTS ΒΕΛΤΙΩΣΕΙΣ ΣΤΗΝ ΑΡΧΙΤΕΚΤΟΝΙΚΗ

Εισαγωγή

Και τώρα βρίσκομαι στο τελικό σημείο για να παρουσιάσω την δική μου πρόταση

για το μελλοντικό UMTS δίκτυο που θα βασίζεται στο IP και θα έχει την

δυνατότητα να εξυπηρετεί και πολυμεσικές εφαρμογές και το οποίο θα

λειτουργεί έχοντας σαν υπόβαθρο ένα ΙΡ δίκτυο κορμού, το οποίο και θα

περιγράψω λεπτομερώς. Η πρότασή μου αυτή περιέχει πολλά νέα στοιχεία όπως

η συνένωση των δύο κόμβων SGSN και GGSN, καθώς και άλλες τεχνικές που

αρχίζουν να εφαρμόζονται, όπως είναι το softswitching, η ανάλυση της ΙΜS

πολυμεσικής δομής και της αρχιτεκτονικής των επιπέδων. Αυτά κυρίως για την

ΙΜS δομή, είναι το αποτέλεσμα της ενδελεχούς μελέτης της δημοσίευσης της

εργασίας των Heino Hameleers and Christer Johnsson, με τίτλο: IP Technology

in WCDMA/GSM core networks. Το paper αυτό το συμπλήρωσα με προτάσεις

και ιδέες από την μελέτη της υπόλοιπης βιβλιογραφίας. Θεωρώ πολύ σημαντική

την προσφορά αυτών των ανθρώπων γιαυτό και στηρίζομαι στην εργασία τους

αυτή για να παρουσιάσω την δική μου πρόταση.

Θα ξεκινήσω από την δομή και τα στοιχεία που θα περιλαμβάνει η νέα

αρχιτεκτονική και θα επεκταθώ στην συνέχεια σε επιπλέον αναλύσεις. Θα πρέπει

να πω εδώ ότι η πορεία της ανάλυσής μου είναι η ακόλουθη:

Πρώτα παρουσιάζω την δομή του μελλοντικού 4G δικτύου βασισμένου εξ

ολοκλήρου στο ΙΡ. Μετά γίνεται ανάλυση της νέας αρχιτεκτονικής των επιπέδων,

ενώ στην συνέχεια αναλύω το κεντρικό δίκτυο κορμού που συμπεριλαμβάνει και

τις GSM και τις WCDMA εφαρμογές. Παράλληλα παρουσιάζω την υπόλοιπη

αρχιτεκτονική του core network και αναλύω όλα τα συστατικά μέρη του. Στην

συνέχεια περιγράφω το circuit και το packet switched domain όπως λειτουργούν

σήμερα στο WCDMA δίκτυο και δίνω κάποιες λεπτομέρειες για την Media



Gateway, ενώ στην συνέχεια παρουσιάζω το softswitching. Αυτά θα μπορούσαν

να διαχωριστούν σε δύο κεφάλαια, ένα το μελλοντικό και το άλλο το βελτιωμένο

WCDMA δίκτυο. Προτίμησα όμως να τα αναπτύξω μαζί ώστε να μην γίνεται

δυσχερέστερη η ανάγνωση. Κατόπιν παρουσιάζω τις IMS δομές και όλα τα

πολυμεσικά μέρη. Στο τέλος διαπραγματεύομαι το IP backbone κομμάτι και τις

δυνατότητες που δίνει για μεταφορά και επικοινωνία, ώστε να προσεγγίσω τον

αρχικό μου στόχο, που είναι το all ip δίκτυο. Αυτή είναι γενικά η πορεία που

ακολούθησα και νομίζω ότι είναι σωστή και αποδίδει με σχετική πληρότητα, όλες

τις νέες τάσεις και δομές στην σχεδίαση των δικτύων αυτών.

3.1 Μειονεκτήματα των σημερινών δικτύων UΜΤS

Ένα από τα κυριότερα μειονεκτήματα που αντιμετωπίζουν τα δίκτυα UΜΤS

είναι η αναγκαστική δρομολόγηση των δεδομένων του δικτύου μεταγωγής

πακέτου μέσω του κόμβου GGSN (GGSN anchoring). Αυτό έχει ως

αποτέλεσμα την αύξηση του χρόνου διαπομπής κατά τη διαδικασία Inter- S-

RΝC Relocation καθώς και την αύξηση της καθυστέρησης διάδοσης των

δεδομένων προς το διαδίκτυο στην περίπτωση που ένας χρήστης βρίσκεται

μακριά από τον κόμβο GGSΝ (λόγω περιορισμένου αριθμού κόμβων GGSN

ανά πάροχο). Το μειονέκτημα αυτό είναι ισοδύναμο με το πρόβλημα που

αντιμετωπίζει το Μobile ΙΡ λόγω της αναγκαστικής δρομολόγησης των

δεδομένων μέσω του HOME AGENT (ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2).

Ένα άλλο μειονέκτημα αποτελεί η επιβάρυνση με 8-12 bytes onerhead, που

εισάγεται λόγω της χρήσης του πρωτοκόλλου GΤΡ-Uστο δίκτυο πυρήνα

(μεταξύ του SGSΝ και του GGSΝ). Αυτό οφείλεται στην πρόσθετη

επικεφαλίδα που εισάγει το εν λόγω πρωτόκολλο για την ενθυλάκωση

πακέτων ΙΡν4, ΙΡν4, ΡΡΡ και Χ.24.

Θα ήταν παράλειψη εδώ να μην αναφέρω την ύπαρξη δύο ξεχωριστών

διαδικασιών σηματοδοσίας για τον έλεγχο των υπηρεσιών που αφορούν στη

μεταγωγή πακέτου. Αρχικά μέσω των μηνυμάτων ΝΑS (που ακολουθούν τη



διαδρομή ΜΤ-RΝC-SGSN-GGSN) γίνονται οι διαδικασίες

εγγραφής/διαγραφής (GPRS attach/detach) ενός κινητού τερματικού και

έπειτα ακολουθεί η διαδικασία ενεργοποίησης ΡDΡ context για τη διάνοιξη

καναλιού για τη μεταφορά δεδομένων. Εκτός της σηματοδοσίας αυτής

υπάρχει και η σηματοδοσία επιπέδου εφαρμογής μέσω των μηνυμάτων του

πρωτοκόλλου SΙΡ (που ακολουθούν τη διαδρομή ΤΕ-ΙΜS-called party) για την

ενεργοποίηση υπηρεσιών πολυμέσων (application level signaling). Τα

δύο διαφορετικά είδη σηματοδοσίας οδηγούν σε άσκοπη επανάληψη

λειτουργιών που αφορούν την ποιότητα υπηρεσίας, διαχείριση

κινητικότητας(ΜΜ) καθώς και την εκτέλεση διαδικασιών ασφαλείας.[10]



Κεφάλαιο 3ο ΜΕΡΟΣ Α

All IP UMTS Αρχιτεκτονική

3.2 All IP UMTS αρχιτεκτονική

Το τέταρτης γενεάς δίκτυο είναι ένα και μοναδικό συνενωμένο δίκτυο το οποίο

είναι 100% ΙΡ. Δεν υπάρχουν ακόμη οι ακριβείς προδιαγραφές για την

αρχιτεκτονική αυτή, όμως πολλές εναλλακτικές λύσεις έχουν προταθεί και

μελετηθεί. Σε αυτό λοιπόν το κεφάλαιο θα προχωρήσω στην περιγραφή της

σχεδίασης ενός αμιγούς ΙΡ backbone δικτύου για πολυμεσικές εφαρμογές.

Έτσι η κύρια τάση που επικρατεί είναι να συνενωθούν τα γνωστά PS – CS

τμήματα του κεντρικού δικτύου πυρήνα σε ένα ενιαίο δίκτυο, που βασίζεται

εξ¨ολοκλήρου στο ΙΡ. Μερικά από τα προτερήματα ενός συνενωμένου

ασύρματου δικτύου είναι:

Χαμηλό κόστος υποδομής: Το συνενωμένο δίκτυο προϋποθέτει ότι τα CS –

CN δεν θα είναι πλέον αναγκαία. Κατά συνέπεια, μειώνεται το κόστος για

τους διαχειριστές. Μερικοί όμως επιχειρηματολογούν ότι θα χρειαστεί να

αναπτυχθούν καινούργια συστατικά για το νέο συνενωμένο δίκτυο, για να

μπορεί να υποστηρίζει CS – CN λειτουργίες. Ωστόσο, αυτά τα συστατικά

θα βασίζονται σε ΙΡ τεχνολογίες και κατά κανόνα κοστίζουν λιγότερο σε

σχέση με συστατικά τηλεφωνίας – λόγω ανταγωνισμού και ανοιχτών

προτύπων. Σε τελική ανάλυση, οι διαχειριστές μπορούν να αφαιρέσουν

από το δίκτυο περιττά συστατικά τα οποία κάνουν την ίδια λειτουργία και

στα δυο δίκτυα. Mια μόνο συνενωμένη πλατφόρμα διαχείρισης δικτύου, η

(integrated network management platform), μπορεί τώρα να διαχειρίζεται

ολόκληρο το δίκτυο, αντί δυο ξεχωριστές πλατφόρμες για το CS – CN και

το PS – CN.



Χαμηλότερο κόστος συντήρησης: Ένα συνενωμένο δίκτυο που βασίζεται

σε ΙΡ, έχει μειωμένα κόστη συντήρησης και διαχείρισης. Όπως έχει

προαναφερθεί, η διαχείριση ΙΡ συστατικών δικτύου είναι λιγότερο

δαπανηρή σε σχέση με συστατικά τηλεφωνίας. Επίσης οι διαχειριστές

μπορούν να διευθύνουν το συνενωμένο δίκτυο εργοδοτώντας λιγότερα

στελέχη. Με λίγα λόγια, οι διαχειριστές δεν θα χρειάζεται να επενδύουν

εκπαίδευση ειδικών σε πολλαπλές τεχνολογίες, αφού το συνενωμένο

δίκτυο θα βασίζεται σε ένα bearer δίκτυο σήμανσης.

Ανεπτυγμένες Υπηρεσίες: Η ανάμιξη δικτύων φωνής και δεδομένων

προσφέρει ευκαιρίες για ανάπτυξη ανεπτυγμένων υπηρεσιών πολυμέσων.

Σχεδόν κάθε υπηρεσία, εκτός από τις τηλεφωνικές υπηρεσίες, είναι

διαθέσιμη στο διαδίκτυο σήμερα. Ο συνδυασμός του διαδικτύου και των

τηλεφωνικών υπηρεσιών δημιουργεί πολλές καινούριες ευκαιρίες

αποκόμισης κέρδους για τους παροχείς υπηρεσιών.

Ανάπτυξη Ταχείας Υπηρεσίας: Η ανάπτυξη ενός συνενωμένου δικτύου που

θα βασίζεται σε ένα μόνο πρότυπο επιτρέπει την ταχεία ανάπτυξη

καινούργιων υπηρεσιών. Πολλά από τα αναγκαία που χρειάζονται για την

εισαγωγή καινούργιων υπηρεσιών μειώνονται λόγω της ανάμιξης της

διαχείρισης των ασύρματων δικτύων.

Η εξέλιξη που βασίζεται στο ΙΡ δίκτυο έχει ακόμη τέσσερα σημαντικά

πλεονεκτήματα:

• Ένα ΙΡ based δίκτυο υπόσχεται χαμηλότερη χρέωση επικοινωνίας και

μειωμένο κόστος κατασκευής συστήματος. Ο εξοπλισμός ενός ΙΡ συστήματος που

χρησιμοποιείται για υποστήριξη τόσο της υπηρεσίας φωνητικής επικοινωνίας,

όσο και της υπηρεσίας επικοινωνίας με πακέτα, κοστίζει πολύ λιγότερα παρά τον

ειδικό εξοπλισμό που χρησιμοποιείται στα παλαιότερα δίκτυα, που προσφέρουν

αυτές τις υπηρεσίες.



• Γίνεται πιο εύκολη η ανάπτυξη εφαρμογών που θα συνδυάζουν

επικοινωνία φωνής και δεδομένων. Αν χρησιμοποιείται το ΙΡ σημείο προς

σημείο, τότε οι ISPs θα εξαρτώνται λιγότερο από cellular διαχειριστές και θα

μπορούν να αναπτύξουν εφαρμογές πιο ελεύθερα.

• Αφού είναι δυνατή η διαχείριση φωνής και δεδομένων σε ένα μοναδικό

all –IP δίκτυο, τα κόστη συντήρησης και διατήρησης σε ενεργεία του δικτύου

μειώνονται σημαντικά.

• Οι περισσότεροι από τους πωλητές δικτυακής υποδομής γνωρίζουν την

all IP τάση στα τρίτης γενεάς δίκτυα. Έτσι, οι υποδομές που οι πωλητές

παρέχουν κατασκευάζονται με τέτοιο τρόπο, έτσι ώστε να μπορούν εύκολα να

αναβαθμιστούν σε ΙΡ based διαχείριση. Γι’ αυτό το λόγο, στις πιο πολλές

περιπτώσεις δεν χρειάζονται καινούργια στοιχεία δικτύου για την εξέλιξη σε μια

all IP αρχιτεκτονική.

Σε γενικές γραμμές, οι απαιτήσεις από το βασισμένο στην τεχνολογία IP δίκτυο

κορμού του UMTS συνοψίζονται στα εξής:

Υποστήριξη περιαγωγής και μεταπομπής σε δίκτυα δεύτερης γενιάς

(π.χ. GSM, GPRS).

Yποστήριξη τερματικών τρίτης γενιάς που χρησιμοποιούν

μεταγωγή κυκλώματος, σε ένα δίκτυο κορμού UMTS εξολοκλήρου

βασισμένο σε IP.

Υποστήριξη καινούργιων (π.χ. IP και πολυμέσα) αλλά και

υπαρχόντων υπηρεσιών, όπως η ομιλία, τα μηνύματα SMS και

κάποιες συμπληρωματικές υπηρεσίες ευφυών δικτύων. Η

υποστήριξη των υπηρεσιών δεύτερης γενιάς αποτελεί σοβαρή

απαίτηση, αφού οι συνδρομητές που έχουν συνηθίσει να

χρησιμοποιούν τις υπηρεσίες του GSM, ίσως να μην είναι

διατεθειμένοι να τις εγκαταλείψουν όταν θα κάνουν χρήση του

καινούργιου συστήματος UMTS ή όταν θα περιαχθούν σ’ένα τέτοιο

σύστημα.



Από τη δεύτερη απαίτηση συνεπάγεται ότι θα συνυπάρχουν τρεις τύποι κινητών

τερματικών τρίτης γενιάς: αυτά που θα υποστηρίζουν τη μεταγωγή κυκλώματος,

αυτά που θα υποστηρίζουν τη μεταγωγή πακέτου, και αυτά που θα υποστηρίζουν

και τα δύο είδη μεταγωγής. Στη ραδιοδιεπαφή θα πρέπει να υποστηρίζεται τόσο

η μεταγωγή κυκλώματος όσο και η μεταγωγή πακέτου. Η μεταγωγή κυκλώματος

θα πρέπει να χρησιμοποιείται για τα παραδοσιακά τερματικά μεταγωγής

κυκλώματος, κάνοντας βέλτιστη χρήση των ραδιοπόρων για τις υπηρεσίες

φωνής. Η μεταγωγή πακέτου θα πρέπει να είναι περισσότερο ευέλικτη ώστε να

επιτρέπει την παροχή διαφόρων ειδών υπηρεσιών και θα πρέπει να διευκολύνει

τη δημιουργία εφαρμογών πολυμέσων, θα είναι όμως λιγότερο αποδοτική ως

προς την κατανάλωση φάσματος, εξαιτίας της κεφαλίδας ΙP που θα περιέχει

κάθε πακέτο.

Στο προσεχές μέλλον θα υπάρχει μια synchronous digital hierarchy (SDH)

βασισμένη στο IP και την wavelength division multiplexing (WDM). Επίσης

σήμερα δεν είναι μεγάλο το περίσσευμα της χωρητικότητας στα οπτικά δίκτυα. Η

ανάπτυξη λύσεων βασισμένων στο Ethernet, το SDH στο layer 2 μπορούν να

αποδώσουν αρκετά με μεγάλο περιορισμό στο κόστος. Για την πραγματοποίηση

αυτών, πρέπει να χρησιμοποιήσουμε την packet-based αρχιτεκτονική.

Είναι πιθανό ότι η εξέλιξη μιας All – IP αρχιτεκτονικής θα περάσει από διάφορα

στάδια και δεν είναι καθαρό κατά πόσο η All – IP λύση θα χρησιμοποιεί μόνο το

packet domain ή αν τόσο το packet και το circuit switched mode λειτουργίας θα

υποστηρίζονται ή τελικά θα ενοποιηθούν πλήρως. Όπως και έχει πάντως, τα

κυριότερα πλεονεκτήματα μιας all IP αρχιτεκτονικής είναι: Ευκαμψία,

αυξομειωσιμότητα και η μείωση του κόστους. Μερικά προβλήματα που

παρουσιάστηκαν (QoS, κινητικότητα και αποδοτικότητα σε bandwidth) ακόμη

επιλύονται.



Εικόνα 3.1 All-IP Network (AIPN)

Το ολοκληρωμένο δίκτυο All-IP (AIPN) είναι μια εξέλιξη του 3GPP συστήματος

για να ικανοποιήσει την αυξανόμενη ζήτηση της αγοράς των τηλεπικοινωνιών.

Πρώτιστα το AIPN παρέχει μια συνεχή εξέλιξη και μια βελτιστοποίηση,

προκειμένου να υλοποιήσει την υψηλή ανταγωνιστικότητα την οποία υπόσχεται

και από την άποψη της απόδοσης και του κόστους. Επιπλέον είναι σημαντικό ότι

οι εξελίξεις του 3GPP συστήματος είναι άμεσα συμβατές με τα πρωτόκολλα του

Διαδικτύου. Το AIPN δεν περιορίζεται στο πρωτόκολλο μεταφορών που

χρησιμοποιείται μέσα στο 3GPP σύστημα αλλά εμμένει στη γενικότερη έννοια

ενός δικτύου που βασίζεται στο IP και τις σχετικές τεχνολογίες, οι οποίες είναι

ικανές να προσαρμόσουν ποικίλα διαφορετικά συστήματα πρόσβασης. Αν και,

είναι δυνατό να χρησιμοποιηθούν πολλά συστήματα για να συνδέσουν το AIPN,

αυτό παρέχει έναν προηγμένο, ενσωματωμένο και ανεξάρτητο κατάλογο

υπηρεσιών που μπορεί να παρέχει σε οποιοδήποτε σύστημα πρόσβασης.

Το 3GPP σύστημα υποστηρίζει σήμερα τα GERAN και UTRAN που βασίζονται

στο CS και PS Core Network καθώς και στο IP Multimedia υποσύστημα στοCN .

Η All - IP ιδέα είχε αρχικά εισαχθεί με την Rel - 4 στην τυποποίηση του MSC

Server - MGW ως χωριστή βασική αρχιτεκτονική του δικτύου για τον CS τομέα

και επεκτάθηκε στο Rel - 5 στην τυποποίηση τους IP Multimedia



υποσυστήματος. Η WLAN ως εναλλακτική τεχνολογία πρόσβασης σε διάφορες

υπηρεσίες είναι αναγνωρισμένη από την Rel - 6 και μετά.

Οι στόχοι της εισαγωγής του AIPN είναι να οι ακόλουθοι:

καθολική συνεχής πρόσβαση

βελτιωμένες υπηρεσίες χρηστών

μείωση του κόστους (για τους χειριστές AIPN)

ευελιξία του συτήματος

επιθυμία να καλυφθούν ποικίλα συστήματα πρόσβασης

ανάγκη για αυξανόμενη αποδοτικότητα συστημάτων και μείωση των

δαπανών (OPEX και CAPEX)

Η εξέλιξη των ραδιο συστημάτων πρόσβασης επόμενης γενεάς και των

ευρυζωνικών ασύρματων IP-VASJSME'NWN δικτύων.

Κοινές παρεχόμενες ικανότητες ανεξάρτητα από τον τύπο υπηρεσίας

που παρέχεται και τη σύγκλιση στην τεχνολογία IP του συστήματος

συνολικά

Διαχείριση κινητικότητας υψηλής απόδοσης των τελικών χρηστών,

τερματικών και συνόδου

Δυνατότητα να προσαρμοστούν οι σύνοδοι από ένα τερματικό προς

άλλο

Δυνατότητα να επιλεχτεί το κατάλληλο σύστημα πρόσβασης βασισμένο

σε μια σειρά των κριτηρίων



Δυνατότητα να αντιμετωπιστούν αποτελεσματικά και να καθοδηγηθούν

βέλτιστα όλοι οι διαφορετικοί τύποι κυκλοφορίας IP

συμπεριλαμβανομένου και των user-to-user

Υψηλό επίπεδο ασφάλειας και υποστήριξης για την ιδιωτικότητα των

χρηστών π.χ., ιδιωτικότητα ταυτότητας

Μέθοδοι για QoS στα AIPNs

Κατάλληλος προσδιορισμός των τερματικών και των χρηστών

Ένα χαρακτηριστικό των αποκαλούμενων "4G" δικτύων συμπεριλαμβανομένου

και του εξελιγμένου UMTS είναι ότι είναι πλήρως βασισμένα στο TCP/ IP, το

πρωτόκολλο του Διαδικτύου, με υπηρεσίες υψηλού επιπέδου όπως η φωνή, το

βίντεο, και το μήνυμα. Το 2004, η 3GPP πρότεινε αυτό να είναι το μέλλον του

UMTS και άρχισε τις μελέτες σκοπιμότητας για το αποκαλούμενο All IP δίκτυο

(AIPN.)

Με μια ματιά, το UMTS γίνεται προσιτό από ποικίλα μέσα, όπως το ραδιοδίκτυο

του GSM (GERAN, UTRAN, και ε- Utran), το WiFi και ακόμη τα πιο

ανταγωνιστικά συστήματα όπως CDMA2000 και WiMAX. Στους χρήστες των

ραδιοδικτύων που δεν ανήκουν στο UMTS θα παρέχεται μια είσοδος στο δίκτυο

IP, με διαφορετικά επίπεδα ασφάλειας ανάλογα με την ασφάλεια του δικτύου

που κάνουν τη σύνδεση. Τα δίκτυα GSM / UMTS θα χρησιμοποιούν ένα

ενσωματωμένο σύστημα όπου η επαφή σε κάθε επίπεδο του συστήματος γίνεται

με ένα ενιαίο τρόπο, ενώ οι χρήστες που έχουν πρόσβαση στο δίκτυο UMTS μέσω

WiMAX και άλλων παρόμοιων τεχνολογιών. Αυτοί θα χειρίζονται τη WiMAX

σύνδεση ανάλογα με τις δυνατότητες του εκάστοτε δικτύου τους.

Οι στόχοι προς την μετάβαση στο μελλοντικό UMTS περιλαμβάνουν:

Αύξηση στην ταχύτητα στα 100 MBIT/S, με 50 MBIT/S για κάθε 20

MHz του φάσματος



Τουλάχιστον 200 ενεργοί χρήστες σε κάθε κύτταρο 5 MHz. (δηλ. 200

ενεργά τηλεφωνήματα)

5ms λανθάνουσα κατάσταση για τα μικρά πακέτα IP

Αυξανόμενη ευελιξία φάσματος, με slots φάσματος στα 1,25 MHz (ή και

στα 20 MHz) που υποστηρίζει το W- Cdma. Αυτό χρησιμοποιεί τώρα

slots των 5MHz, που οδηγούν όμως σε μερικά προβλήματα. Ο

περιορισμός των μεγεθών σε 5 MHz περιόρισε επίσης το ποσό εύρους

ζώνης ανά μικροτηλέφωνο

Βέλτιστο μέγεθος κυττάρων στα 5 χλμ, 30 χλμ με τη συνήθη απόδοση,

και μέχρι των μεγεθών κυττάρων 100 χλμ που υποστηρίζονται με την

αποδεκτή απόδοση

Η ομάδα LTE ασχολείται αυτή την στιγμή που μιλάμε με την SAE

(System Architecture Evolution) και προσπαθεί να ολοκληρώσει την

προτυποίηση.

Επιδείξεις και δοκιμές της LTE τεχνολογίας έγιναν λίγες φέτος και

προγραμματίζονται για το έτος 2008 και μετά.

Η πρώτη παρουσίαση ενός συστήματος LTE είναι η HDTV (>

30Mbit/s), όπου η μετάδοση είναι βασισμένη στο IP μεταξύ του

ραδιοδικτύου LTE και του εμπορικά διαθέσιμου ραδιο συστήματος

HSDPA και παρουσιάστηκε κατά τη διάρκεια της εμπορικής έκθεσης

ITU στο Hongkong το 2006 από το τμήμα επικοινωνίας Siemens.

Ακολουθεί το σχήμα της προτεινόμενης All – IP UMTS αρχιτεκτονικής, όπως

πολύ απλά τα σχεδίασα χρησιμοποιώντας τα βασικά μόνο δομικά στοιχεία.



Εικόνα 3.2 All – IP core network

Όπως φαίνεται στο σχήμα, τα PS-CN και CS-CN έχουν αντικατασταθεί από το

συνενωμένο δίκτυο.

Επεξήγηση συστατικών μερών σχήματος:

• RSP (Routing Switch Platform) – λειτουργεί σαν ένα backbone front – end για

circuit - switch και packet - switch domains.

• RCP (Routing Core Platform) – ένας backbone δρομολογητής τύπου

μεταφορέα. Υποβοηθά την δημιουργία μεγάλων πολύ – υπηρεσιακών (multi –

service) IP based οπτικών δικτύων.

• GGSN (Gateway GPRS Support Node) – παρέχει πρόσβαση σε υπηρεσίες

διαδικτύου, κατά τα γνωστά.

GGSN

RSP RCP RSP

MMCS

RSP

MMA

Optical core network

MRFP

MGW

HSS

INTERNET

PSTN

WCDMA GSM

AAllll IIPP UUMMTTSS μμεε υυπποοσσττήήρριιξξηη ΙΙΜΜSS

RSGW

TSGW

CSCF

SCP

MGCF GGSN

CGSF

BGCF

SGSN

MRFC



• SGSN (Servicing GPRS Support Node) – παρέχει τις λειτουργίες πρόσβασης

κόμβου δικτύου (network access node) και διαχείριση κινητικότητας.

• MGW (Media Gateway) – παρέχει interworking αλληλεπίδραση μεταξύ των

δικτύων πρόσβασης και μεταφοράς, για να ελέγχεται η ροή μέσων στο PSTN.

• MMCS (Multimedia Call Server) – υποστηρίζει και ελέγχει το VoIP (Voice over

IP) και άλλες sessions πολυμέσων, παρέχοντας την ευελιξία να προστεθούν,

τροποποιηθούν ή να διαγραφούν κομιστές που χρησιμοποιούνται από υπηρεσίες

χρηστών.

• HSS (Home Subscriber Server) – μια εξέλιξη του Home Location Register.

Παρέχει αποθήκευση για πληροφορίες σχετικές με τους GSM και UMTS

συνδρομητές. Ο HSS συμπεριλαμβάνει επίσης την λειτουργία IP AAA και

διαχειρίζεται επικοινωνία με DNS εξυπηρετητές.

Τελικά θα λέγαμε ότι η γενική UMTS All – IP αρχιτεκτονική έχει πολλά κοινά με

την Έκδοση 99. Όπως και στην Έκδοση 99, αποτελείται από user equipment

(UΕ) και κινητούς κόμβους που συνδέονται μέσω ενός ράδιο συστήματος

(UTRAN) σε ένα Serving GPRS Support Node (SGSN). To SGSN επικοινωνεί με

άλλα SGSN ή με άλλα GGSN (Gateway GPRS Support Node). H λειτουργία

καταγραφής τοποθεσίας στο SGSN φυλάει δυο ειδών δεδομένα συνδρομητή, τις

πληροφορίες του συνδρομητή και πληροφορίες τοποθεσίας. Σύμφωνα με την

βιβλιογραφία η μετάβαση στο μελλοντικό ΙΡ δίκτυο θα περάσει από τρία πιθανά

βήματα:

To πρώτο βήμα είναι πιθανό να συμπεριλάβει το Mobile IP, σαν μια υπηρεσία

που θα προσφέρει κινητικότητα στους UMTS κόμβους. Επιπρόσθετα, θα μπορεί

να χρησιμοποιείται σαν ενδιάμεσο GPRS – Mobile IP σύστημα για Intra System

Mobility (τοπική κίνηση, μέσα στην εμβέλεια του συγκεκριμένου UMTS

συστήματος). Αυτό απαιτεί Foreign Agent λειτουργίες στο GGSN και υποστήριξη

Mobile IP στα κινητά τερματικά. Δεν υπάρχουν αλλαγές στην κυρίως

αρχιτεκτονική και τα κινητά τερματικά δεν είναι αναγκαίο να αλλάξουν.



Το δεύτερο βήμα μπορεί να είναι η χρήση του Mobile IP για προσφορά GGSN

handover κατά την διάρκεια μιας session. Αυτό επίσης απαιτεί υποστήριξη

Mobile IP στα κινητά τερματικά αλλά θεωρώ ότι αυτό έχει τακτοποιηθεί.

Το τρίτο βήμα προσφέρει μια πιο δραστική αλλαγή. Η πιο πιθανή λύση είναι η

χρήση του GTP (GPRS Tunneling Protocol που είναι πρωτόκολλο που

χρησιμοποιείται για την μεταφορά ΙΡ πακέτων μεταξύ ενός SGSN και ενός

GGSN), μόνο για έλεγχο μέσα στο κυρίως δίκτυο, και για τον χρήστη να

χρησιμοποιείται καθαρό ΙΡ.

Οι SGSN και GGSN μπορούν να συνενωθούν στον IGSN (Internet GPRS Support

Node), ή αλλιώς RASN όπως είναι η άλλη ονομασία του νέου κόμβου. Η

διαχείριση της κινητικότητας, θα βασίζεται στο Mobile IP και θα απαιτεί

υποστήριξη του Mobile IP από όλα τα κινητά τερματικά. Υποστηρίζεται ακόμη σε

αυτή την λύση, μια συνένωση του UMTS και του διαδικτύου, λόγο χρήσης

καθαρού IP. Για αυτήν την περίπτωση έχω κάνει ξεχωριστή ανάλυση.



Κεφάλαιο 3ο ΜΕΡΟΣ Β

Σχεδιαστικές προτάσεις στο WCDMA δίκτυο

3.3 Σχεδιαστικές προτάσεις στο WCDMA δίκτυο

Όσον αφορά τώρα την διασύνδεση του air interface με το core network, μπορώ

να παρουσιάσω στην επόμενη εικόνα μια προσπάθεια της Ericsson να συνδυάσει

ένα GSM και ένα WCDMA δίκτυο. Επίσης μπορούμε να διακρίνουμε

τα δίκτυα ραδιοπρόσβασης GSM και WCDMA.

Εικόνα 3.3 Σύνδεση air interface με core network

Tο UTRAN είναι κατασκευασμένο όπως βλέπουμε στην προηγούμενη εικόνα και

περιλαμβάνει τα υποσυστήματα ραδιοδικτύου (RNSs) που επικοινωνούν με το

Core Network (CN) διαμέσου του Iu interface. Επιπλέον το RNS περιλαμβάνει



έναν ελεγκτή ραδιοδικτύου - Radio Network Controller (RNC) και έναν ή

περισσότερους Β κόμβους.

Ο RNC είναι επιφορτισμένος με τις διαδικασίες για το handover με την

απαιτούμενη σηματοδοσία από τον εξοπλισμό του χρήση UE. Υποστηρίζει την

macro diversity μεταξύ διαφορετικών Node Bs. Οι RNCs μπορούν να

διασυνδεθούν μεταξύ τους διαμέσου του Iur λογικού interface. Ο τελικός από

αυτούς μπορεί να μεταβιβαστεί σε μια φυσική σύνδεση RNCs ή διαμέσω ενός

δικτύου μεταφοράς.

Όλες οι συνδέσεις μεταξύ του UE και του UTRAN έχουν ένα RNS εξυπηρέτησης.

Όταν έχουμε λειτουργία αλλαγής θέσης, υποστηρίζεται από τα RNSs η μεταβολή

με την παροχή νέων ραδιοπόρων. Αυτή η εικόνα νομίζω είναι χαρακτηριστική για

την μετάβαση στην επόμενη γενιά γιατί συνδυάζει τόσο το ΑΤΜ όσο και ΙΡ

δίκτυο κορμού σε μια γνωστή και λειτουργική τοπολογία.

3.4 Προτεινόμενη αρχιτεκτονική Core Network

Είναι προφανές ότι τo mobile core network είναι το κέντρο του όλου

σχεδιασμού. Το δίκτυο κορμού είναι υπεύθυνο για την δρομολόγηση των

υπηρεσιών καθώς και για τις συνδέσεις για μεταφορά δεδομένων στα εξωτερικά

δίκτυα. Αντίθετα, το UTRAN είναι υπεύθυνο για οτιδήποτε σχετίζεται με το

ασύρματο μέρος του δικτύου.

Το core network παρέχει την υποστήριξη για τις απαραίτητες λειτουργίες που

είναι ο session and call control, το charging, η mobility και φυσικά η ασφάλεια.

Παίζοντας τον κεντρικό ρόλο στην αρχιτεκτονική, το core network μπορεί να

διασυνδεθεί με όλα τα στοιχεία, όπως το UE, τα δίκτυα ραδιοπρόσβασης και τα

δίκτυα εξυπηρέτησης. Θα παρουσιάσω εδώ μια εικόνα που αντικατοπτρίζει την

δική μου πρόταση για το δίκτυο κορμού, με όλες τις δυνατότητες για επικοινωνία

με το ΑΤΜ ή ΙΡ backbone και στην συνέχεια θα έχουμε την ευκαιρία να αναλύσω

την δομή αυτή. Το WCDMA Core Network κατ¨αρχήν διατηρεί την κλασική δομή

του και διαχωρίζεται σε δύο domain μεταγωγής κυκλώματος και πακέτου, όπως

βλέπουμε στο ακόλουθο σχήμα:



Εικόνα 3.4 Γενική Αρχιτεκτονική ΙΡ Core network

Στην εικόνα μπορούμε να δούμε το κοινό δίκτυο κορμού να βασίζεται στην ιδέα

του switched traffic, όπου οι κόμβοι του υποστηρίζουν και τις δύο τεχνολογίες,

GSM και WCDMA, διευκολύνοντας μία μικρού κόστους και πολύ ομαλή

μεταφορά δεδομένων από το δίκτυο του χρήστη, μέσω WCDMA.

Ένα από τα βασικότερα στοιχεία που χρησιμοποιούνται πολύ στο WCDMA CN,

είναι η σύσταση ενός κοινού ΙΡ δικτύου κορμού για την PS, CS κυκλοφορία

δεδομένων, η οποία να υποστηρίζει την SS7 σηματοδοσία over IP. Οι λύσεις TDM

και ATM που βασίζονται στο backbone, υποστηρίζουν πλήρως παράλληλη

κυκλοφορία μέσω ΙΡ. Ανάλογα με την τοπολογία δικτύου και τις τεχνολογίες

μεταφοράς, υπάρχουν πολλές λύσεις σε κάθε περίπτωση.

Τα δύο βασικά επιχειρήματα για την υποστήριξη της ΙΡ τεχνολογίας στο mobile

core network είναι τα ακόλουθα:

Υποστήριξη νέων IP applications και

Ο περιορισμός του κόστους στις επικοινωνίες.



Οι End-to-end IP λύσεις, απαιτούν να έχουν πρόσβαση στις IP εφαρμογές. Η

αναγκαία προϋπόθεση για την επιτυχία της 3G τεχνολογίας είναι αυτή. Η

οπτικοποίηση και η συμπεριφορά σε πραγματικό χρόνο είναι οι νέες απαιτήσεις

που τίθενται. Η IP τεχνολογία έχει πολλά πλεονεκτήματα σε σχέση με τις οπτικές

επικοινωνίες και μπορεί πολύ καλά να συνεργαστεί και με άλλες τεχνολογίες,

όπως τα IP-based virtual private networks (VPN) και τα IP δίκτυα που

ενεργοποιούν τις πολλαπλές υπηρεσίες νέας γενιάς. Η χρήση μιας κοινής δομής

που να βασίζεται σε απλές υλοποιήσεις είναι το ζητούμενο για τον περιορισμό

του κόστους των νέων υπηρεσιών. Πρέπει να πω ότι την προσέγγιση αυτή έχει

αναπτύξει η Ericsson η οποία έχει δώσει αυτές τις λύσεις για τις οντότητες που

κατασκευάζει.

Εικόνα 3.5 Αρχιτεκτονική Core network



Tο CN αποτελείται από τα packet switching συστήματα, το trunk transmission, τα

signalling συστήματα, το δίκτυο πρόσβασης και τις service platforms.

Όπως μπορούμε να δούμε στην προηγούμενη εικόνα, τα βασικά επίπεδα της νέας

αρχιτεκτονικής είναι:

Το mobile switching επίπεδο, που περιλαμβάνει τα 3G SGSN, 3G MSCs

μαζί με τα σχετιζόμενα components, όπως οι HLR, VLR, AuC, EIR, και τα

νεότερες αυτών CPS μονάδες που ενεργοποιούν την IP τεχνολογία.

Το transit–IP layer, το οποίο όχι μόνο εξυπηρετεί το backbone layer για

την μεταφορά της κυκλοφορίας μεταξύ των κόμβων, αλλά επίσης πραγματοποιεί

το IP bypass mediation device για την σηματοδοσία και τα δεδομένα του χρήστη,

μεταξύ των CS και PS. Tο GGSN μπορεί να είναι ένα μέρος αυτού του επιπέδου.

Το signalling layer, που αποτελείται κυρίως από τα STPs συνδεδεμένα με

άλλα στοιχεία.

Το management layer που αποτελείται από τα integrated network

management systems και τα network mediation systems, όπως φαίνεται στην

ανωτέρω εικόνα.

Το service layer που αποτελείται από τις all value-added service platforms,

όπως το SMC, το VMS, και τις intelligent network platform και τις customer care

μονάδες, τα ISP, τις billing πλατφόρμες κ.α.

Η κατάταξη στα τρία επίπεδα ραδιοπρόσβασης είναι κατανοητή στην επόμενη

εικόνα:



Εικόνα 3.6 Core Network και radio access layers

Τα σημαντικότερα στοιχεία του Core Network είναι τα ακόλουθα:

• MSC (Περιλαμβάνει στοιχεία από MSC στοιχεία, όπως ο MSC Server

και το MSC/M-MGw)

• M-MGw (Connectivity Packet Platform (CPP)-βασιζόμενη σε Mobile

Media Gateway)

• HLR/AUC

• FNR

• SGSN W/G (που χρησιμοποιείται σε WCDMA και GSM δίκτυα)

• GGSN

• Mobile-PBN (Packet Backbone Network (PBN))

• Κοινά δίκτυα

• OSS-RC (Συστήματα διαχείρισης διπλών δικτύων και ραδιοδικτύων)

Στην συνέχεια θέλω να κάνω μια ανάλυση του Switched Circuit Domain και του

Packet Switched Domain στο WCDMA CN όπως πρόκειται να λειτουργήσουν στο

δίκτυο 3G γιατί από εδώ θα ξεκινήσουν όλες οι φάσεις υλοποίησης του



μελλοντικού 4G δικτύου. Παράλληλα θα αναπτύξω και τις καινούργιες τεχνικές

που αρχίζουν από τώρα να εφαρμόζονται.

3.5 Το Circuit Switched Domain στο WCDMA CN

Η αρχιτεκτονική του δικτύου κορμού βασίζεται στο περικλειόμενο GSM δίκτυο

κορμού και συμπεριλαμβάνει όπως ανέφερα τους ακόλουθους κόμβους:

3.5.1 MSC Server (Softswitch)

Ο MSC Server επιτρέπει στις λειτουργίες ελέγχου επιπέδου, (Control Layer

functions) να έχουν επικοινωνία σε επίπεδο κυκλώματος (circuit mode) με τα

περιβάλλοντα softswitch, που θα δούμε στην συνέχεια, όπως για παράδειγμα μια

διαχείριση κινητικότητας, υπηρεσιών και συνδέσεων του χρήστη. Ο MSC Server

είναι σε συνεργασία με το M-MGw.

3.5.2 Gateway MSC Server (GMSC Server)

Η κύρια λειτουργία της GMSC server είναι να προωθεί τις κλήσεις στους

κινητούς χρήστες λαμβάνοντας πληροφορίες από την HLR.

3.5.3 Mobile Media Gateway (M-MGW)

H M-MGW συνδέει το Core Network με εξωτερικά δίκτυα, όπως το WCDMA και

το GSM δίκτυο ραδιοπρόσβασης, τα PSTN ή άλλα κινητά δίκτυα. Η M-MGw

εργάζεται σε συνεργασία με τον MSC Server (Softswitch).

3.5.4 Serving GPRS Support Node (SGSN)

Ο κόμβος SGSN εξυπηρετεί την διαχείριση κινητικότητας και συνόδων όπως

(paging, λειτουργίες attach και detach, το Packet Data Protocol και παρέχει



χειρισμούς intra- και inter-SGSN ενημέρωση περιοχής). Ο SGSN G υποστηρίζει

packet υπηρεσίες για το GSM δίκτυο και ο SGSN W υποστηρίζει packet

υπηρεσίες για το WCDMA ραδιοδίκτυο.

Επειδή δεν μπορεί να φανεί στο προηγούμενο διάγραμμα, μια διπλή πρόσβαση

από τον SGSN για δύο δίκτυα ταυτόχρονα, GSM και WCDMA δεν είναι δυνατή.

3.5.5 Gateway GPRS Support Node (GGSN)

Ο κόμβος αυτός, ο GGSN, εξυπηρετεί την διεπαφή μεταξύ των κινητών

ραδιοδικτύων (GSM και WCDMA) και άλλων packet data δικτύων, όπως είναι το

Internet, τα intranets και άλλα ιδιωτικά δίκτυα δεδομένων.

3.5.6 Home Location Register (HLR)

Η Home Location Register (HLR) χρησιμοποιείται σαν πρωταρχική βάση

δεδομένων για πληροφόρηση και έλεγχο των χρηστών ενός δικτύου έχοντας

έξυπνες δυνατότητες επικοινωνίας και με δίκτυα όπως το GSM/GPRS και το

WCDMA. Η HLR διαχειρίζεται το προφίλ του χρήστη τις διαθέσιμες υπηρεσίες

του κλπ.

3.5.7 Authentication Centre (AUC)

Tο Authentication Centre (AUC) περιλαμβάνει όλες τις λειτουργίες και τους

αλγόριθμους για την ασφαλή αποθήκευση των απόρρητων δεδομένων των

χρηστών. Οι απόρρητες πληροφορίες μπορούν να χρησιμοποιηθούν από διάφορα

τμήματα του δικτύου, όπου είναι αναγκαία η προστασία τους.



3.5.8 Equipment Identity Register (EIR)

Η βάση EIR ελέγχει και νομιμοποιεί το hardware στους χρήστες. Ο MSC

ενημερώνεται από την EIR για προβληματικούς χρήστες, ή άλλες παραβάσεις

των κανόνων που έχουν καταχωρηθεί.

3.5.9 Flexible Number Register (FNR)

Ο FNR κόμβος, προσφέρει:

• Δυνατότητα μεταφοράς του αριθμού (Mobile Number Portability – MNP).

Αυτό επιτρέπει την διαχείριση του ίδιου αριθμού στα πλαίσια μιας χώρας όσους

providers και αν αλλάξει ο συνδρομητής.

• Μεγάλη ευελιξία στον MSISDN για το GSM και το WCDMA δίκτυο. Η ιδιότητα

αυτή επιτρέπει στους χρήστες να έχουν ελεύθερη κατανομή της subscription

identity, χωρίς δέσμευση μεταξύ MSISDN και IMSI στην HLR.

Συνοπτικά το CS domain περιλαμβάνει τους ακόλουθους κόμβους και circuit

mode υπηρεσίες που παρέχονται από το WCDMA δίκτυο:

• MSC Server,

• MSC-M-MGw (combined node)

• GMSC Server,

• TSC Server,

• M-MGw (CPP-based Media Gateway )

• SSF Server

• SCP

• STP

Οι επόμενοι κόμβοι προσφέρουν υπηρεσίες και στα CS και στα PS domains



• HLR/AUC

• FNR

• OSS-RC. Συστήματα διαχείρισης διπλών δικτύων και ραδιοδικτύων

3.5.10 Ο MSC (MSC, GMSC, TSC, STP)

Ο MSC είναι ο κεντρικός κόμβος ελέγχου στο CS domain. Διαφορετικές

υλοποιήσεις, υποστηρίζονται όταν ο κόμβος μπορεί να λειτουργήσει σαν MSC

Server, MSC Media gateway ή συνδυασμός MSC Server-Media Gateway. Εάν το

MSC είναι διαμορφωμένο σαν MSC Server, το M-MGw είναι εξωτερικός κόμβος

βασιζόμενος στην Connectivity Packet platform (CPP).

Ο MSC Server είναι ένας από τους πιο key κόμβους στην switched layered

αρχιτεκτονική, τόσο για το GSM όσο και για το WCDMA δίκτυο. Ο MSC Server

εξυπηρετεί το interface σηματοδοσίας και η M-MGw το interface του καθαρού

φορτίου επικοινωνίας. Χρησιμοποιώντας εξελιγμένους μηχανισμούς, ο MSC

Server επιλέγει την M-MGw εκτός των διαθεσίμων M-MGws, πράγμα πολύ

αποτελεσματικό. Ενώ είναι πολύ αποτελεσματικό να χρησιμοποιούμε ίδια paths

για signaling και επικοινωνία, οι MMGw εξυπηρετούν την Gateway

σηματοδοσίας (SGw) πολύ καλά.

Επίσης ο MSC Server μπορεί να λειτουργήσει σαν Gateway MSC (GMSC), Transit

Switching Centre (TSC) ή Signaling Transfer Point (STP). Παράδειγμα για το ότι

οι κόμβοι αυτοί μπορούν να συνδυαστούν στην ίδια πλατφόρμα υλικού, είναι

αυτή που έχει υλοποιήσει η Ericsson, η AXE platform.

3.5.11 Λειτουργίες ΜSC Server

Εδώ θα περιγράψω τις βασικές λειτουργίες του MSC που είναι πανομοιότυπες

για το MSC Server ή συνδυάζουν τον Server και την MGW. O MSC Server είναι

ένα ΜSC που έχει σηματοδοσία στις συνδέσεις με τους λοιπούς κόμβους του

δικτύου. O MSC Server περιλαμβάνει όλη την λογική κλήσεων και ελέγχου

εξυπηρέτησης, όπως η B-Number Analysis, Charging Analysis, Bearer Selection,



Route Analysis, Media gateway Selection καθώς και άλλες λειτουργίες που

συμπληρώνουν τις call handling αιτήσεις. Επίσης ελέγχει το πλάνο του χρήστη σε

ένα εγκατεστημένο Media Gateway ή remote Media Gateway με το GCP

πρωτόκολλο.

Ο MSC Server τερματίζει τις RANAP και BSSAP σηματοδοσίες. Ο έλεγχος

κλήσεων μεταξύ MSC Server και Transit Server γίνεται ενώ ο GMSC Server

χρησιμοποιεί μία BICC σηματοδοσία (ή ISUP στις non-layered δομές). Η BICC

(ή ISUP) σηματοδοσία αποστέλλεται σε έναν Transit Server και το user plane σε

ένα M-MGw σχετιζόμενο με τον Transit Server. Ο MSC Server εκπληρώνει την

διευθυνσιοδότηση των κλήσεων και των άλλων ενεργειών. Αν και Ο MSC Server

είναι ανεξάρτητος από τον φορέα που χρησιμοποιεί το user plane στο δίκτυο, ο

φορέας χρησιμοποιείται για τις συνδέσεις σηματοδοσίας οι οποίες κανονικά

μπορούν να είναι ίδιες με αυτές που χρησιμοποιεί το user plane. Αυτό δεν είναι

αυστηρά απαραίτητο όπως η σηματοδοσία στα Gateways που μπορεί να

χρησιμοποιηθεί για μετατροπή μεταξύ διαφορετικών φορέων που

περιλαμβάνουν TDM, ATP και IP.

3.5.12 Διαχείριση σύνδεσης

Ο MSC Server δεν έχει κυκλώματα διαχείρισης σύδεσης – circuit based

connection management. Ο έλεγχος της διεπαφής Iu έχει συντελεστεί μεταξύ του

MSC Server και του WCDMA-RAN, ενώ το user plane έχει ρυθμιστεί από το M-

MGws.

Για μία ρύθμιση σύνδεσης για παράδειγμα μεταξύ του WCDMA-RAN και PSTN,

ο MSC Server, βασίζεται στα αποτελέσματα της ανάλυσης B-Number, του τύπου

του φορέα και της κλήσης. Αιτείται έλεγχο στον M-MGw ανάλογα με το path του

φορέα άμεσα ο RNC και το τελικό σημείο (TDM circuit) στο PSTN. Ο MMGw

ελέγχει τον φορέα για την διαδρομή της σύνδεσης, το είδος του φορέα (AAL2 ή

IP), το εύρος ζώνης, τον τόνο αποστολής, την σηματοδοσία κλπ. Ο MSC Server

διατηρεί όλα τα στοιχεία ελέγχου της κλήσης. Και ενεργοποιεί όποιες συσκευές

επιπλέον απαιτηθούν για κάποιο σήμα ή οτιδήποτε άλλο χρειαστεί.



3.5.13 Διαχείριση κινητικότητας

1. Περιαγωγή

Ενώ το MSC μπορεί όπως ανέφερα να χρησιμοποιηθεί και στα GSM και στα

WCDMA δίκτυα, η δυνατότητα του συστήματος για περιαγωγή σε άλλα,

εξασφαλίζει την δυνατότητα στον συνδρομητή για περιαγωγή από το WCDMA

στο GSM δίκτυο και το αντίθετο. Ο MSC Server υποστηρίζει διαχείριση κλήσεων

για μεταγωγές μεταξύ WCDMA και GSM δικτύων. Επίσης ο MSC Server

υποστηρίζει διαδικασίες για μεταγωγή intra και inter MSC. Γίνεται επίσης και

Inter-MSC ή intra-MSC handover από το WCDMA στο GSM.

2. Ασφάλεια

Ο MSC server περιλαμβάνει τις ακόλουθες λειτουργίες ασφαλείας:

Subscriber authentication:

Έγκυρη πρόσβαση στο δίκτυο με έλεγχο στο IMSI.

Key agreement:

Eδώ χρησιμοποιείται ένα πρωτεύον κλειδί το οποίο ενεργεί μεταξύ του

περιβάλλοντος του χρήστη και του δικτύου με την βοήθεια αλγορίθμων από-

κρυπτογράφησης.

Ciphering

Χρησιμοποιείται κρυπτογράφηση της φωνής και των δεδομένων του χρήστη και

του ραδιοδικτύου για μεγαλύτερη ασφάλεια.

Data integrity

Εξασφαλίζεται η ακεραιότητα των δεδομένων του συνδρομητή από επίδοξους

εισβολείς.



Negotiation of algorithm:

Ο χρήστης μπορεί να παίρνει από το WCDMA δίκτυο ένα αλγόριθμο βάσει το

οποίου κρυπτογραφούνται τα δεδομένα του.

3.5.14 ΑΠΑΙΤΗΣΕΙΣ ΔΙΚΤΥΟΥ (Charging)

Αρχικά το δίκτυο ζητάει κάποια δεδομένα από τον χρήστη με έναν πολύ

αποτελεσματικό μηχανισμό και στην συνέχεια αποθηκεύει αυτά σε εξωτερικές

συσκευές. Έτσι δημιουργεί τις Call Data Records (CDR). Αυτές είναι πολύ

ακριβείς και χρησιμοποιούνται βεβαίως για την δημιουργία του πίνακα

χρεώσεων και των λογαριασμών.

3.5.15 Tηλε-Υπηρεσίες στον MSC SERVER

Ο MSC server παρέχει τις ακόλουθες υπηρεσίες:

Τηλεφωνία

Κλήσεις Ανάγκης

SMS Point to Point

Αυτόματη τηλεομοιτυπία G3.

3.5.16 Η GATEWAY MSC SERVER (GMSC SERVER)

H gateway MSC Server λειτουργικότητα χρησιμοποιείται για περιαγωγή των

κλήσεων σε κινητά, χρησιμοποιώντας πληροφορίες από την HLR.

Ο GMSC Server χρησιμοποιείται τόσο για προώθηση των ενεργών κλήσεων, όσο

και για μηνύματα στους χρήστες. Θα ήταν λογικός ο συνδυασμός του Transit

Server με τον GMSC Server, καθώς η λειτουργία του GMSC Server κανονικά

αρχίζει όταν μια κλήση από κινητό τερματικό εισέλθει στην home PLMN η οποία

είναι εξ ορισμού server διέλευσης. Η λειτουργικότητα του GMSC Server



συμπεριλαμβάνει επίσης το MSC του GSM, αν και δεν χρησιμοποιούμε πάντα

όλους αυτούς τους κόμβους.

3.5.17 TRANSIT SWITCHING CENTER SERVER (TSC)

Ο Server διέλευσης είναι μια νέα λογική μονάδα στην αρχιτεκτονική δικτύου. Αν

και η λειτουργικότητά του περιλαμβάνεται ήδη στο MSC του GSM, ο Transit

Server είναι μια σειρά Media Gateways διασυνδεδεμένων με την βοήθεια του

GCP πρωτοκόλλου. Ο Transit Server μπορεί να έχει και το σχετικό hardware για

να συνδέεται ο ίδιος σε εξωτερικά δίκτυα, πχ το PSTN.

Ο Transit Server μαζί με την σχετιζόμενη Media Gateway μπορεί να είναι ένας

παραδοσιακός transit switch που επικοινωνεί με εξωτερικά δίκτυα. Ο Transit

Server έχει μία τυπική περιοχή απόκρισης, η οποία είναι γεωγραφικά ικανή να

ελέγχει τις συνδέσεις με την M-MGW που αναφέρω στην συνέχεια.

3.5.18 M – MGW (MEDIA GATEWAY για κινητά δίκτυα)

Η Media Gateway ασχολείται με διακίνηση ωφέλιμης πληροφορίας, σηματοδοσία

και άλλες διεργασίες μεταξύ των δικτύων όπως βλέπουμε στην επόμενη εικόνα.

Εικόνα 3.7 Media Gateway

Η αρχιτεκτονική του 3G δικτύου πυρήνα της Ericsson’s έχει μια δομή επιπέδων

οριζόντια στην οποία οι κόμβοι εξυπηρέτησης τοποθετούνται στο Control Layer,

ενώ οι Media Gateways που ρυθμίζουν τον φόρτο της κίνησης, στο Connectivity



Layer, όπως έχουμε δει. Η διαφορά των επιπέδων είναι κατανεμημένη και

υπάρχει η απαιτούμενη επικοινωνία στο interface.

Αυτή η δομή δικτύου έχει προσδιοριστεί σαν Mobile Softswitch Solution (MSS)

στο Media Gateway for Mobile Networks (M-MGw). Αυτή μπορεί να διασυνδεθεί

με άλλα δίκτυα, όπως το WCDMA και το GSM. Αμέσως μετά θα αναφερθώ στο

Softswitch.

Mε την Μ-MGw, η δομή του δικτύου έχει υλοποιηθεί πλήρως για circuit switched

επικοινωνία. Ο MSC Server μπορεί να ελέγχει από απόσταση τη M-MGw με την

βοήθεια του Gateway Control Protocol (GCP) το οποίο βασίζεται στο ITU-T

H.238 standard. Το M-MGw υποστηρίζει την IP, ATM και TDM μεταφορά στο

κεντρικό δίκτυο και για circuit-switched ωφέλιμο φορτίο αλλά και για

σηματοδοσία. Για την WCDMA packet switched επικοινωνία, η M-MGw μπορεί

να διασυνδέσει τον ATM χρήστη καθώς επίσης καθώς επίσης μπορεί να έχει και

τον έλεγχο κυκλοφορίας στον SGSN κόμβο. Επιπρόσθετα για να έχουμε

επικοινωνία μεταξύ διαφορετικών τεχνολογιών, η M-MGw διαθέτει εξελιγμένες

δυνατότητες για έλεγχο ομιλίας και επεξεργασία δεδομένων.

Εικόνα 3.8 Media Gateway Functions

Η M-MGW μπορεί να διαμορφωθεί για να περιλαμβάνει τις ακόλουθες

λειτουργικότητες:



• ATM Switch

• IP πάνω σε ATM Switch

• Media Streaming Λειτουργίες

• Signaling Gateway Υπορουτίνες

Ο M-MGW κόμβος είναι συμβατός σε SW και HW για την υποστήριξη media

stream λειτουργιών. Αυτές προέρχονται από το MSC (GSM) προς τον M-MGW

κόμβο επιτρέποντας στον MSC (GSM) να παίζει τον ρόλο του stand-alone server.

Ο MSC server ελέγχει τους M-MGW media stream πόρους, όπως τα AMR

transcoders, αφαιρέτες ηχούς, και άλλα, διαμέσου του Media Gateway Control

Protocol (GCP). Η M-MGW μπορεί επίσης να εγκαθιδρύσει τις ΑΤΜ συνδέσεις

στον φορέα.

Στην συνέχεια παρουσιάζω κάποιες επιπλέον λειτουργίες που υποστηρίζονται

από την M-MGw:

• AMR coding και decoding.

Ο αλγόριθμος κώδικα μεταφοράς, transcoder, υποστηρίζεται από το M-MGW

σύμφωνα με το 3GPP. Αυτό συμπεριλαμβάνει το Adaptive Multi Rate (AMR).

Όλες οι καταστάσεις του AMR transcoder, βοηθούν το διαχειριστή να επιλέξει

πιο υποσύνολο θα χρησιμοποιήσει στο δίκτυό του.

• Data Transmission Interworking Unit (DTI). Αυτή η υπομονάδα υποστηρίζει

διασυνδέσεις με αναλογικά συστήματα και το ISDN.

• Echo Canceller. Ο αφαιρέτης ηχούς εξασθενεί τα φαινόμενα ηχούς που

προκύπτουν από την διέλευση του σήματος μεταξύ 3-σύρματων και 2-σύρματων

γραμμών μεταφοράς, PSTN.

• Multiparty Call. Οι λειτουργίες Media stream που υποστηρίζονται, επιτρέπουν

την διενέργεια πολυτμηματικών κλήσεων.

• Tone Sender/Receiver. Δυνατότητα για λήψη και αποστολή πολλών τόνων

(alert, buzy…).

• DTMF Sender/Receiver. Δυνατότητα αποστολής και λήψης DTMF τόνων

ανάλογα με την λειτουργία.



• Μηχανή ανακοινώσεων. Η λειτουργία αυτή χρησιμεύει για την ανακοίνωση

πολλών ιδιαίτερων καταστάσεων του δικτύου.

• Quality of Service (QoS) IP δρομολόγηση και μεταγωγή. Το MMGW

υποστηρίζει την ATM και IP μεταφορά. Αυτά περιλαμβάνουν το AAL2 switching

για μεταβλητό εύρος cells και υψηλή δυναμική σε πραγματικό χρόνο, στον IP

router. Το M-MGw επίσης υποστηρίζει STM. Επιπρόσθετα το M-MGw

συμπεριλαμβάνει διαχείριση στοιχείων βασισμένη στο διαδίκτυο και online

documentation.

• Υπολογισμός Data volume. Για τα συστήματα που βασίζονται σε φωνή, το M-

MGW μπορεί να αποστέλλει και να λαμβάνει τα δεδομένα φωνής σε tracks (για

τα συστήματα που λειτουργούν με packet υπηρεσίες). Αυτή η πληροφορία

μεταβιβάζεται στον SGESN-W server, σε H.238, και καταγράφεται τέλος στο Call

Data Record (CDR).

• Ασφάλεια για την packet μετάδοση. Υποστηρίζονται οι λειτουργίες IPSec για

ασφαλή μεταφορά δεδομένων μεταξύ των κόμβων του packet δικτύου κορμού.

3.6 PACKET SWITCHED DOMAIN του WCDMA CN

Tο Packet Switched (PS) domain του WCDMA δικτύου, απαιτείται για τις

υπηρεσίες πακέτου προς τους κινητούς χρήστες, όπως Internet, σύνδεση σε

εταιρικά δίκτυα IP, Email και άλλα παρόμοια. Στην επόμενη εικόνα φαίνεται μία

απλή μορφή για το πώς είναι διαμορφωμένοι οι γνωστοί μας κόμβοι

υποστήριξης, ο SGSN και η Gateway GPRS (GGSN). Οι δύο κόμβοι έχουν

εμπλουτιστεί ώστε να παρέχουν περισσότερα προνόμια, όπως περιορισμό του

κόστους και διασύνδεση με άλλες πλατφόρμες που περιλαμβάνουν

προπληρωμένες και εμπλουτισμένες νέες υπηρεσίες για τους χρήστες.



Εικόνα 3.9 Συνδέσεις κόμβων Packet Switched (PS) domain

Στην συνέχεια θα προσπαθήσω να περιγράψω σύντομα, την λειτουργία κάθε

κόμβου.

3.6.1 SERVING GPRS κόμβος υποστήριξης, SGSN

Ο SGSN είναι τοποθετημένος όπως στο GPRS δίκτυο. Όπως παρατηρούμε στην

προηγούμενη εικόνα, ο SGSN διασυνδέεται με τους RNC, MSC/VLR, SMS-GMSC

και την HLR, καθώς και με το κεντρικό δίκτυο για επικοινωνία με τους GGSNs

και τους άλλους SGSNs.

Ο SGSN είναι πολύ βασικό component στο WCDMA PS κεντρικό δίκτυο. Ο

SGSN δέχεται εισερχόμενα και εξερχόμενα IP πακέτα με διεύθυνση από και προς

έναν χρήστη, ο οποίος έχει συνδεθεί στην SGSN service περιοχή. Αυτό

δρομολογεί την εξαγωγή των πακέτων και την μεταφορά από την περιοχή

εξυπηρέτησης του SGSN και εξυπηρετεί όλους τους GPRS subscribers που

βρίσκονται στην γεωγραφική περιοχή εξυπηρέτησης του SGSN. Ένας GPRS

χρήστης μπορεί να εξυπηρετηθεί από οποιονδήποτε SGSN στο δίκτυο,

εξαρτώμενος βέβαια από την τρέχουσα τοποθεσία του. Η PS κίνηση στο WCDMA

δρομολογείται μεταξύ του SGSN και του UE με την βοήθεια της M-MGw, του



RNC και του RBS στο δίκτυο. Σε ένα GSM δίκτυο, η PS κίνηση δρομολογείται

μεταξύ του SGSN και του UE δια μέσου του BSS (BSC/BTS), όπως φυσικά

γνωρίζουμε.

Ο SGSN διαχειρίζεται αποτελεσματικά τις κινητές λειτουργίες, όπως το MSC στο

CS domain. Ο SGSN ελέγχει και τα γνωστά attach, detach, location updates, και

τις υπόλοιπες κινητές λειτουργίες. ο SGSN επίσης προωθεί την δρομολόγηση

πακέτων στην SGSN service περιοχή.

3.6.2 Λειτουργικότητα του SGSN κόμβου

Mobility Management (MM)

Ο SGSN κόμβος υλοποιεί διαδικασίες διαχείρισης κινητικότητας στον σταθμό

και το interface του δικτύου. Η MM που υποστηρίζονται σ΄αυτό το interface είναι

το GPRS και τo Circuit-Switched IMSI attach/detach, η routing area update,

συνδυαζόμενο με routing area και location area update, και βέβαια το paging. Τα

MM πρωτόκολλα ενεργοποιούν την υποστήριξη μετακινήσεων. Η MM δίνει την

δυνατότητα για τα ακόλουθα είδη μετακινήσεων στο δίκτυο:

• Μετακινήσεις cells.

• Μετακινήσεις μεταξύ SGSN Routing περιοχών.

• Μετακινήσεις μεταξύ SGSNs στο WCDMA δίκτυο.

• Επίτρεψη της περιαγωγής μεταξύ operator δικτύων.

Session Management (SM)

Η SM συμπεριλαμβάνει το Packet Data Protocol (PDP) με το activation,

deactivation και modification. Ένα PDP context, το οποίο υλοποιείται σαν IP

tunnel μεταξύ του UE και του GGSN δια μέσω του RAN, του M-MGw και SGSN

που χρησιμοποιείται για τα packet δεδομένα από το IP δίκτυο, προς τον χρήστη

(UE).



Το PDP context διαμοιράζει μαζί με την IP addresses στο τερματικό /UE, και τις

Quality of Service (QoS) παραμέτρους. Η IP διεύθυνση μπορεί να είναι dynamic

(το πιο συνηθισμένο), ή στατική. Εάν είναι allocated δυναμικά, αυτό περιορίζει

αποτελεσματικά τον συνολικό αριθμό των IP απαιτούμενων διευθύνσεων ανά

PLMN. Αυτό είναι απαραίτητο ενώ οι IP addresses είναι σπάνιοι πόροι στο IPv3.

Η υποστήριξη static IP address ενεργοποιεί τους subscribers να παρέχουν την

δική τους IP addresses. Αυτό χρησιμοποιείται στα ασφαλή δίκτυα που ελέγχουν

την IP address.

Η υποστήριξη της QoS ενεργοποιεί την διαφοροποίηση packet data υπηρεσιών.

Η Quality of Service (QoS) θα πρέπει να παρέχει την δυνατότητα για

διαφορετικά επίπεδα, ανάλογα με τις ανάγκες του χρήστη. Πολύ υψηλό επίπεδο

QoS, ή όχι. Ο SGSN λαμβάνει τα PDP context δεδομένα από την HLR στο GPRS

attach και στο location update.

Κρυπτογραφία και Authentication

Ο SGSN εφαρμόζει λειτουργίες κρυπτογράφησης και authentication με την

ανάκληση παραμέτρων (quintet ή triplet) από το αντίστοιχο κέντρο, AUC δια

μέσου της HLR. Οι λειτουργίες κρυπτογράφησης εξασφαλίζουν την

εμπιστευτικότητα των δεδομένων του χρήστη και την σηματοδοσία στο

ραδιοδίκτυο και από μόνες τους παρέχουν προστασία στην PLMN από

υποκλοπές.

Η αυθεντικότητα εξασφαλίζει επίσης και την αναγνώριση των ζητούμενων

υπηρεσιών καθώς και την νομιμότητα χρησιμοποίησής τους στο συγκεκριμένο

δίκτυο. Η αυθεντικότητα εξασφαλίζεται σε συνδυασμό με τις λειτουργίες

Mobility Management.

Charging

Αυτή η λειτουργία εξασφαλίζει στον διαχειριστή του δικτύου επαρκή

πληροφόρηση για τις χρεώσεις και τις υπηρεσίες των χρηστών, όπως οι IP



υπηρεσίες, τα SMS κλπ την ώρα που καταγράφονται και ενεργοποιείται το PDP

context active time.

Tο SGSN συλλέγει πληροφορίες χρέωσης για κάθε χρήση του δικτύου. Και το

SGSN και το GGSN συλλέγουν πληροφορίες χρέωσης για κάθε χρήση των GPRS

πόρων.

Selection of GGSN

Tο SGSN επιλέγει ένα GGSN (περιλαμβάνει έναν access server) βασιζόμενο στο

Packet Data Protocol (PDP, στο Access Point Name (APN) και στα

διαμορφωμένα δεδομένα. Επίσης χρησιμοποιεί ένα Domain Name Server, DNS,

στο δίκτυο κορμού για να εγκαταστήσει την ταυτότητα της GGSN υπηρεσίας του

ζητούμενου APN. Μετά το SGSN εγκαθιστά ένα GPRS Tunneling Protocol (GTP)

για να προσαρτήσει το GGSN για την καλύτερη επεξεργασία.

3.6.3 GATEWAY GPRS SUPPORT NODE (GGSN)

Στα GSM και στα WCDMA δίκτυα, ο GGSN υποστηρίζει ένα interface μεταξύ του

SGSN (άμεσα στο MSs) και του Packet Data δικτύου (PDNs), όπως το Internet. Ο

GGSN, περιέχει δυνατότητα διαχείρισης ενός εξωτερικού interface ISP

λειτουργιών, όπως οι routers και οι RADIUS servers σε διαδικασίες ασφάλειας.

Για το εξωτερικό IP δίκτυο, ο GGSN ενεργεί σαν router για τις IP addresses όλων

όσων εξυπηρετούνται από το GSM/WCDMA δίκτυο.

Η δρομολόγηση στο σωστό SGSN και όλα τα απαιτούμενα πρωτόκολλα,

παρέχονται από τον GGSN.

Ο GGSN μπορεί να εξυπηρετήσει με μεγάλη απόδοση τις ακόλουθες λειτουργίες:

Connection to IP Networks



Ο GGSN υποστηρίζει συνδέσεις σε εξωτερικά ΙΡ δίκτυα με την βοήθεια ενός

access server. Ο access server χρησιμοποιεί ένα RADIUS server για την

τοποθέτηση των dynamic IP διευθύνσεων.

Οι IP Security ιδιότητες ενεργοποιούν ασφαλή μεταφορά μεταξύ του SGSN, και

του GGSN (Gn interface), και μεταξύ του GGSN και εξωτερικών hosts και routers

(Gi interface). Αυτό είναι απαραίτητο όταν ένας χρήστης GPRS απαιτεί σύνδεση

στο εταιρικό του δίκτυο, ή σε Virtual Private Networks (VPN). Υποστηρίζεται

επίσης η ασφαλής διαχείριση της κυκλοφορίας, μεταξύ των GSNs και των

συστημάτων διαχείρισης. Η IP Security (IPSec) επιτρέπει την κρυπτογράφηση

των δεδομένων. Οι μηχανισμοί ασφάλειας των πακέτων βασίζονται στο filtering,

authentication, και την κρυπτογράφηση στο IP layer.

Payload Handling

Η διαχείριση του φόρτου κλήσεων συμφωνεί με τις end-user πληροφορίες και

συσχετίζεται με τις διαδικασίες ελέγχου μεταφοράς των δεδομένων, όπως ο flow

control, ανίχνευση και διόρθωση λαθών. Ο SGSN και ο GGSN εξυπηρετούν με

διαφάνεια (end to end) και στις δύο κατευθύνσεις, μεταξύ του MS και του APN

δικτύου. Αναγνωρισμένα από ένα σημείο Access Point Name (APN), τα PDNs

συχνά αναφέρονται σαν APN δίκτυα, ή απλά APNs.

Αναγνωρίζοντας την χρήση του IP για την μεταφορά πακέτων μεταξύ του GGSN

και άλλων κόμβων, μόνο το IPv3 υποστηρίζεται προς το παρόν. Στην περίπτωση

της uplink και downlink μεταφοράς του φορτίου, που εξασφαλίζεται από τον

GGSN, ο MS πρέπει να είναι attached και να έχει το Packet Data Protocol (PDP)

context ενεργοποιημένο. Η χρήση της payload handling υπηρεσίας έχει

ολοκληρωθεί όταν η απόκριση του PDP context απενεργοποιηθεί.

Session Management

Η διαχείριση συνόδου στον GGSN εγκαθιστά και ελέγχει την σύνδεση μεταξύ του

MS και ενός APN, διαμέσου του SGSN. Σύνοδος είναι η περίοδος μεταξύ του



ανοίγματος και του κλεισίματος μιας σύνδεσης και πραγματοποιείται στον MS

και στους SGSN και GGSN όταν ένα ή περισσότερα PDP contexts κρατούν τις

πληροφορίες της σύνδεσης. Στην επόμενη εικόνα βλέπουμε μια λογική

αλληλουχία της συνόδου.

Εικόνα 3.10 Διαχείριση συνόδου στον GGSN

Tο PDP context εκκινείται από τον SGSN και δημιουργείται από τον GGSN. Ο

GGSN υποστηρίζει δύο τύπους PDP Contexts, τον πρωτεύοντα και τον

δευτερεύον. Το δευτερεύον PDP context σχετίζεται με το πρωτεύον και έχει την

ίδια PDP address ΑPN αλλά διαφορετικό Quality of Service (QoS). Το δευτερεύον

PDP context υποστηρίζεται μόνο για IPv3. Για την IPv3 PDP addresses, ο GGSN

υποστηρίζει και τα δύο είδη διευθύνσεων, το static και το dynamic IP address

allocation για τον MS.

Η MS IP address μπορεί να είναι public ή private.

Quality of Service

Ο GGSN προσφέρει πολλαπλές δυνατότητες QoS και μηχανισμούς Class-of-

Service, που εφαρμόζονται σε ένα per-PDP context επίπεδο. Η QoS διατηρεί την

τάξη και για τα δύο είδη υπηρεσιών GPRS/WCDMA-specific και οι IP

Differentiated Services (DiffServ) υποστηρίζονται από τον GGSN τόσο καλά όπως



η εσωτερική διαδικασία μεταξύ των δύο προσεγγίσεων. Ο έλεγχος της QoS από

τον διαχειριστή είναι μια νέα ιδιότητα που δίνει καλύτερο operator έλεγχο στους

πόρους του ραδιοδικτύου, με end user και PDP context activation και

modification. Αυτό διαβεβαιώνει ότι η σωστή ποιότητα φορέα, είναι δεσμευμένη

για μια end user χρήση μιας ειδικής υπηρεσίας. Η απαίτηση για καλύτερη QoS

από τον χρήστη, συγκρίνεται με τις απαιτήσεις της υπηρεσίας, ειδικά για τις QoS

policies και τα προφίλ διαμορφώνονται τοπικά στον GGSN.

Ο GGSN υποστηρίζει τις τέσσερις τάξεις QoS που έχουμε ξανασυναντήσει:

• Conversational class

• Streaming class

• Interactive class

• Background class

RADIUS

Ο GGSN υποστηρίζει το RADIUS, ενεργοποιείται σαν RADIUS client, που

επικοινωνεί με τους RADIUS servers που διαμορφώνονται από τον APN. Είναι

πιθανόν να διαμορφωθεί ο RADIUS client στον GGSN και να αλληλεπιδρά με τον

RADIUS server με του ακόλουθους τρόπους:

• Χρήση ενός RADIUS server για την τοποθέτηση public ή private dynamic IP

διεύθυνσης στον MSs όταν το PDP contexts είναι ενεργοποιημένο.

• Η χρήση RADIUS authentication για τους MS χρήστες όταν το PDP contexts

είναι ενεργοποιημένο.

• Χρήση RADIUS απολογισμού για την χρήση των APN δικτύων.

• Χρήση RADIUS server για προσδιορισμό των L2TP παραμέτρων.

Ο GGSN μπορεί να διαμορφώσει την πρόσβαση κάθε απλού RADIUS server σε

μια στιγμή, ή πολλών RADIUS servers που χρησιμοποιούν την round-robin

μέθοδο.



Routing

Οι GGSN έχει δυναμική για να διεκπεραιώσει πολλές ανεξάρτητες λειτουργίες

δρομολόγησης. Αυτό είναι καταλυτικό για την χρησιμοποίηση IP διευθύνσεων

που υπερκαλύπτουν τα APNs, και χρησιμοποιούνται για τον διαχωρισμό της

κυκλοφορίας, σε διαφορετικά δίκτυα. Κάθε διαδικασία routing, απαιτεί πολλά

interfaces, routing tables, και routing παραμέτρους πρωτοκόλλων για έλεγχο των

πληροφοριών στα routing tables. Όλα τα πακέτα δρομολογούνται σύμφωνα με

αυτές τις routing υποδείξεις.

Tunneling

Γενικά το tunneling σε ένα IP network χρησιμοποιεί τα διαμορφωμένα packet για

την πρόσθεση ενός άλλου επιπέδου στην μετάδοση .

Tα packet συμπεριλαμβάνουν τις IP addresses της πηγής και του προορισμού των

client και server πεδίων επικεφαλίδας. Αν και οι πιο σύνθετες αρχιτεκτονικές στα

καινούργια ΙΡ δίκτυα θέλουν τα routing packets να βασίζονται στις end-user IP

addresses δεν είναι και η αποτελεσματικότερη μέθοδος. Το tunneling επιτρέπει

την δρομολόγηση σε άλλο σετ πηγών και των IP διευθύνσεων προορισμού που

παραμένουν διαφανείς στους end-users (MS στο ασύρματο δίκτυο). Στο GPRS, οι

tunnels χρησιμοποιούνται πρωταρχικά από τον SGSN και τον GGSN. Με το

tunneling, ένα πακέτο μπορεί να διατηρήσει την original IP διεύθυνσή του και να

είναι δρομολογημένο σε πολλούς SGSNs και GGSNs χρησιμοποιώντας

διαχωρίσιμες addresses.

Υποστήριξη Charging

Ο GGSN υποστηρίζει τις ακόλουθες charging μεθόδους:

Real-time charging



Είναι διαμορφωμένη σαν ένα τμήμα μεταφερόμενης υπηρεσίας. Τα charging

data και ο έλεγχος της υπηρεσίας αυτής γίνονται σε πραγματικό χρόνο.

Non-real-time charging

Εδώ το charging γίνεται όταν τελειώσει η προηγούμενη διαδικασία. Το Non-real-

time charging διαιρείται σε γειτονικά-real-time charging και charging που είναι

less time critical. Για τα near-real-time charging το GGSN στέλνει δεδομένα όσο

σύντομα χρειάζονται. Για το charging που είναι less time critical, αποτιμάται σε

ώρες.

Ο GGSN δημιουργεί τις Charging Data Records (CDRs) που συμπεριλαμβάνουν

πληροφορίες σχετικές με τα PDP contexts στο GGSN. Ο GGSN στέλνει τις CDRs

σε ένα Billing System ή σε μια Charging Gateway. Tο πρωτόκολλο GTP

χρησιμοποιείται για near-realtime CDR μεταφορές όπου η FTP χρησιμοποιείται

για την less time critical transfer. Για την non-realtime charging οι πληροφορίες

στις CDRs αποτελούν την βάση για το charging.

Service Σύμφωνα με τον Charging Control

Η χρήση διάφορων GPRS APNs μεταξύ των καταναλωτικών υπηρεσιών φαίνεται

να έχει μειονεκτήματα για την APN διαχείριση (του τερματικού και του δικτύου)

εφόσον η IP address χειρίζεται στο τερματικό. Με την υπηρεσία Aware Charging

Control (SACC), είναι προφανής η χρήση APN για όλες τις υπηρεσίες. Αυτοί οι

τελεστές, μπορούν να διαφοροποιήσουν τον GPRS φορέα για υπηρεσίες όπως

φωνή, χρονοχρέωση κλπ.

Firewall and Security

Καθώς ο GGSN συνδέεται σε εξωτερικά IP δίκτυα, διαφορετικές ιδιότητες packet

filtering είναι φτιαγμένες για προστασία του GGSN από hackers ή άλλα



κολλήματα. Αυτές περιλαμβάνουν source και destination IP διευθύνσεις,

πρωτόκολλα, αριθμούς θυρών και δρομολόγηση πόρων.

Οι υπηρεσίες ασφάλειας αντέχουν και προλαβαίνουν resist τα κολλήματα του

GGSN στο επίπεδο δικτύου (κάνοντας ασφαλή την επικοινωνία μεταξύ των

κόμβων) και το IP routing επίπεδο (κάνοντας ασφαλή και την GGSN — host

επικοινωνία, όπως είναι το GPRS user level (κάνοντας ασφαλή την πρόσβαση του

χρήστη GPRS), και το O&M επίπεδο (κάνοντας ασφαλή και την O&M

πρόσβαση).

Μπορεί να χρειάζεται συμπλήρωση του GGSN στοιχεία για την ενίσχυση της

ασφάλειας στον έλεγχο του GPRS δικτύου.

3.6.4 GGSN ARCHITECTURE

Η αρχιτεκτονική του GGSN έχει δυνατότητα διαχωρισμένου ελέγχου για τις

packet-forwarding λειτουργίες, με έλεγχο για διακοπή της επεξεργασίας και

αντιμετώπιση των κολλημάτων λόγω μεγάλης κυκλοφορίας.

Για να μπορέσει η δομή αυτή να έχει στην έξοδο κλιμακωτή ταχύτητα, κάποιες

αρχιτεκτονικές είναι σχεδιασμένες με modular τρόπο που ξεχωρίζει τα κύρια

components και μπορεί να απομονώνει επιμέρους προβλήματα που προέρχονται

από τις αιχμές στην κυκλοφορία, ή από την routing protocol traffic.

Ο GGSN υποστηρίζει τις General Packet Radio Service (GPRS) επικοινωνίες και

για τα δύο συστήματα, το GSM και το Wideband Code Division Multiple Access

(WCDMA).

Μερικές από τις πιο σημαντικές ιδιότητες του GGSN είναι:

Υποστήριξη του IP Multimedia Subsystem (IMS)

Υποστήριξη για έλεγχο από τον διαχειριστή της Quality of Service (QoS)

Βελτιωμένες ιδιότητες Service Aware Charging & Control (SACC).



3.6.5 GGSN HARDWARE

Ο GGSN πρέπει να έχει σχεδιαστεί για υψηλά επίπεδα ελέγχου και εύκολης

αποκατάστασης βλαβών. Συνήθως οι προδιαγραφές που τίθενται, απαιτούν το

hardware να περιλαμβάνει 1:1 αυτονομία (1 ενεργό και 1 standby) για τα

κεντρικά components και N+1 αυτονομία (N ενεργά και 1ή περισσότερα

εφεδρικά) για components με κατανεμημένο φορτίο. Η N+1 αυτονομία

χρησιμοποιείται για τα :GGSN-C (GGSN-C GGSN Control) and GGSN-U (GGSN-

U GGSN User) components. Αυτές οι μονάδες κάνουν rebuilt το dynamic PDP

context. Το Network interface PICs (PIC Physical Interface Card ) πρέπει να γίνει

set up σε ζεύγη για να έχουμε αυτονομία επιπέδου 1 (APS, VRRP) στο επίπεδο 3

(IP). Τα PICs πάνω σε τέσσερα FPCs (Flexible PIC Concentrator) είναι

καθορισμένα για να ελαχιστοποιούν τις συγκρούσεις των κόμβων εάν ένα FPC

χαλάσει ή τεθεί εκτός στην διαδικασία του PIC failure. Τα RE, SSB, η power

supply, το fan tray, και το FPC είναι πλήρως ανταλλάξιμα components με

δυνατότητα επισκευής κατά την λειτουργία. Όταν λέμε αυτονομία εννοούμε τα

ακόλουθα:

• Passive redundancy (spare component redundancy)

• Active redundancy (load redistribution redundancy)

Επίσης ο GGSN μπορεί να υποστηρίξει ένα μεγάλο εύρος ηλεκτρικών καλωδίων

και οπτικών ινών για την μετάδοση.

Αυτές οι προδιαγραφές εφαρμόζονται στην πράξη από τις μεγάλες εταιρίες.

3.7 Συνένωση και διαχείριση κόμβων GSN

3.7.1 GSN Configuration Manager

Ο OSS-RC ενεργοποιεί την διαμόρφωση του GSN κόμβου (του GGSN και του

SGSN) όπως μπορούμε να δούμε στην επόμενη εικόνα, με έναν γρήγορο και



αποτελεσματικό τρόπο, επιτρέποντας στους υπάρχοντες κόμβους να γίνονται

updated με πολύ απλό τρόπο.

Εικόνα 3.12 Διαμόρφωση του GGSN και του SGSN

Ο OSS-RC GSN Configuration Manager (GCM) υποστηρίζει την διαμόρφωση του

GSN εγκαθιστώντας αρχικά μία μορφή του δικτύου σε μια βάση δεδομένων, την

οποία επεξεργαζόμαστε στην συνέχεια. Στο τέλος, ο χρήστης εφαρμόζει τις

αλλαγές στους GSN κόμβους. Καθίσταται φανερό πως όλες οι αλλαγές

μορφοποιούνται διαμέσου της GSN-CM εφαρμογής για την επιβεβαίωση

συγχρονισμού με το δίκτυο.

Υποστηρίζεται η διαμόρφωση του traffic interface στον Gi μεταξύ του GGSN και

του mobile packed backbone. Το εξωτερικό interface της κυκλοφορίας Gb και Gi

είναι διαμορφωμένο επίσης από εισαγωγή και εξαγωγή των πληροφοριών

διαμόρφωσης του δικτύου, στους κόμβους SGSN και GGSN. Υποστηρίζονται όλοι

οι κόμβοι SGSN και CGSN που βασίζονται στο WPP πρωτόκολλο.



3.7.2 Κόμβος IGSN (Internet GPRS Support Node)

Στην παράγραφο αυτή, εξετάζω την ενοποίηση των κόμβων δικτύου κορμού GGSN

και SGSN σε ένα μοναδικό κόμβο που θα καλείται IGSN, η οποία σαν ιδέα έχει

προταθεί από αρκετούς ερευνητές. Το ευρωπαϊκό πρόγραμμα sailor πρότεινε

το 2002 την ενοποίηση των κόμβων SGSΝ και GGSΝ σε μια ενιαία οντότητα που

θα ονομάζεται κόμβος IGSN. Η πρόταση αυτή στόχευε στην εξάλειψη κάποιων

αδυναμιών που αντιμετώπιζαν τα δίκτυα 3ης γενιάς. Στην παράγραφο αυτή γίνεται

μια εκτενής αναφορά στην προταθείσα αρχιτεκτονική καθώς και στα πλεονεκτήματα

που αυτή συνεπάγεται. Εγώ μελέτησα αυτήν την πρόταση από δύο πολύ καλές

εργασίες, της κ. Συμεού Ιωάννας από την διπλωματική της εργασία: ΤΡΙΤΗΣ

ΓΕΝΕΑΣ ΚΙΝΗΤΑ ΔΙΚΤΥΑ ΜΕΛΕΤΗ ΧΡΗΣΗΣ MOBILE IPV6 ΣΕ UMTS

ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝ στο Παν. Κύπρου[15], και των κ. Π.Αντωνίου, Μ. Καλλίτση, Π.

Καμπανάκη από την διπλωματική τους εργασία : Σχεδίαση και ανάπτυξη λογισμικού

για την χρήση του πρωτοκόλλου έναρξης συνόδου SIP ως γενικευμένου

πρωτοκόλλου σηματοδοσίας, σε κινητά δίκτυα μετά την Τρίτη γενιά, [10].

Ο Νέος κόμβος θα αναλαμβάνει τη διαχείριση κινητικότητας και συνόδου των

κινητών τερματικών, αλληλεπιδρώντας κατάλληλα με τα δίκτυα πρόσβασης και τις

οντότητες του δικτύου κορμού, με αποκλειστική χρήση του πρωτοκόλλου SΙΡ. Έτσι,

πλησιάζω ένα βήμα πιο κοντά στα δίκτυα Αll-ΙΡ και η μελέτη μου θα αποκτήσει

τώρα, έντονο πρακτικό ενδιαφέρον. Επίσης με αυτή την τεχνική, μειώνεται το

κόστος σηματοδοσίας, απλοποιούνται οι διαδικασίες εγγραφής και πιστοποίησης

αυθεντικότητας, αποφεύγεται η ενθυλάκωση στο δίκτυο πυρήνα και

επιταχύνονται όλες οι διαδικασίες χωρίς απώλεια λειτουργικότητας. Ας δούμε

κάποια εισαγωγικά στοιχεία γι αυτό.

Το Πρωτόκολλο Έναρξης Συνόδου (SΙΡ) χρησιμοποιείται ευρέως για τον

έλεγχο συνόδων υπηρεσιών πολυμέσων. Χαρακτηριστική εφαρμογή του είναι

η υιοθέτησή του από την περιοχή ΙΜS (ΙΡ Multimedia Subsystem Domain) των



κινητών δικτύων τρίτης γενιάς για τον έλεγχο κλήσεων που εμπλέκουν

πολυμέσα.

Με την εξέλιξη των κινητών δικτύων μετά την τρίτη γενιά και την ευρύτατη

διείσδυση του ΙΡ στη στοίβα πρωτοκόλλων, το SΙΡ παρουσιάζεται κατάλληλο

ως γενικευμένο πρωτόκολλο σηματοδοσίας σε τέτοιου τύπου δίκτυα. Με άλλα

λόγια, εκτός από τον κλασικό από άκρο σε άκρο έλεγχο συνόδου, το SΙΡ

καλείται να αναλάβει κάθε μορφής σηματοδοσία, όπως τη σηματοδοσία

εντός του δικτύου πυρήνα (διαχείριση κινητικότητας και συνόδου) και τη

σηματοδοσία στο όριο των δικτύων πυρήνα και πρόσβασης,

αντικαθιστώντας το πρωτόκολλο RΑΝΑΡ.[10]

Ο κόμβος RASN - IGSN, θα αποτελεί βασική οντότητα της αρχιτεκτονικής του

δικτύου πυρήνα και συνεργάζεται άμεσα με το Πρωτόκολλο Έναρξης Συνόδου.

Στην περίπτωση μηνυμάτων σηματοδοσίας προβλέπονται τα ακόλουθα

μηνύματα:

μηνύματα RΑΝΑΡ για εγκατάσταση και απόλυση καναλιών

RΑΒ μέσω άμεσης επικοινωνίας που υπάρχει μεταξύ του κόμβου

RASN - IGSN και του RΑΝ (κόμβοι RNC)

μηνύματα SΙΡRΑΝ μεταφέρονται μέσω του επιπέδου

σηματοδοσίας δηλαδή πάνω από το πρωτόκολλο RΑΝΑΡ. Αφού

πρόκειται για μηνύματα SΙΡRΑΝ τότε απαιτείται η χρήση ρarsers οι

οποίοι να μετατρέπουν τα μηνύματα SΙΡ σε μηνύματα SΙΡRΑΝ και

αντίστροφα για τη προώθηση μηνυμάτων που ανταλλάζονται

μεταξύ κινητού τερματικού και κόμβου Ρ-CSCF (περιοχή ΙΜS). Οι

ρarsers αυτοί επικοινωνούν με ένα χώρο φύλαξης δεδομένων (DATA

DEPOSITORY) για την εισαγωγή και ανάκτηση απαιτούμενων

πληροφοριών όπως είναι το περιεχόμενο ΝΑS (ΝΑS context).

Τονίζεται ότι η σηματοδοσία SΙΡ είναι διαφανής στο δίκτυο

πρόσβασης (Access Network) αφού αυτό προωθεί τα μηνύματα από

και προς το κινητό τερματικό.[10]



Στην περίπτωση δεδομένων χρήστη, αυτά μεταφέρονται μέσω GΤΡ-U από

RΑΝ προς τον RASN και μέσω ΙΡ από τον RASN προς το διαδίκτυο.

β) Περιοχή ΙΜS για σκοπούς σηματοδοσίας (μηνύματα SΙΡ μέσα στο

ωφέλιμο φορτίο των πακέτων ΙΡ).

γ) Correspondent Host για μηνύματα σηματοδοσίας καθώς και

δεδομένα χρήστη. Αυτά περιλαμβάνουν μηνύματα SΙΡ re-INVITE

(continuous Inter-IGSN mobility) καθώς και δεδομένα επιπέδου χρήστη

(uplink, downlink).

δ) Άλλους κόμβους RASN - IGSN για σκοπούς σηματοδοσίας (μέσω

διεπαφής SΙΡRAN πάνω από ΙΡ) στην περίπτωση που το τερματικό αλλάζει

κόμβο IGSN κατά τη διάρκεια της κίνησής του.

Ακολουθεί το μπλοκ διάγραμμα που δείχνει τη λειτουργία και την

επικοινωνία του κόμβου IGSN με τις άλλες οντότητες.

Εικόνα 3.13 Μπλοκ διάγραμμα κόμβου IGSN



3.7.3 Πρωτόκολλο SΙΡRAN

Σύμφωνα με τη προταθείσα αρχιτεκτονική, τα μηνύματα ΝΑS πρόκειται να

αντικατασταθούν από μηνύματα SΙΡRAN. Αυτό θα έχει ως αποτέλεσμα την

αποφυγή της εκτέλεσης διαδικασιών που ανήκουν σε διαφορετικά πρωτόκολλα

και εξυπηρετούν τον ίδιο σκοπό όπως πιστοποίηση αυθεντικότητας (authentication),

ανταλλαγή πληροφοριών κινητικότητας κτλ. Με τη προσέγγιση αυτή θα έχουμε μια

σημαντική μείωση του φορτίου σηματοδοσίας το οποίο αντικατοπτρίζεται σε μείωση

του αριθμού των μηνυμάτων που στέλνονται καθώς του συνολικού αριθμού bytes που

ανταλλάζονται στη διεπαφή air interface. Τα μηνύματα SΙΡ θα περνούν από το

επίπεδο ελέγχου (control plane) και θα εκτελούν διαδικασίες που αφορούν

στην κινητικότητα UMTS και διαχείριση συνόδου (μηνύματα ΝΑS) καθώς

επίσης τις εγγενείς λειτουργίες ελέγχου συνόδων του πρωτοκόλλου SΙΡ (πχ

για εφαρμογές πραγματικού χρόνου). Ακόμα, επειδή τα μηνύματα SΙΡ που

φτάνουν στον κόμβο IGSN περιέχουν και επιπρόσθετες πληροφορίες εκτός

από αυτές που ορίζει η προτυποποίηση του πρωτοκόλλου, ο IGSN πρέπει να

εξασφαλίζει ότι τα μηνύματα που προωθεί προς το internet πρέπει να είναι

«καθαρά» μηνύματα SΙΡ. Προκειμένου το SΙΡ να μπορεί να λειτουργεί σαν

ένα γενικευμένο πρωτόκολλο σηματοδοσίας γίνεται μια επέκτασή του σε

SΙΡRΑΝ το οποίο θα περιλαμβάνει και ΝΑS πληροφορίες. Όσον αφορά στα

SΙΡ μηνύματα, ενώ ως τώρα μεταφέρονταν σε επίπεδο χρήστη, αυτό δε

συμβαίνει πια. Η διαδικασία είχε ως εξής: η ΝΑS σηματοδοσία «φρόντιζε»

πρώτα σε επίπεδο ελέγχου να δημιουργήσει κάποιο κανάλι (radio acess bearer) και

ύστερα μεταφέρονταν τα μηνύματα SΙΡ σε επίπεδο χρήστη. Με τη νέα πρόταση το

επεκτεταμένο SΙΡ (SΙΡRΑΝ) μεταφέρεται σε επίπεδο ελέγχου αφού στην ουσία η

ΝΑS σηματοδοσία αντικαταστάθηκε από τη SΙΡ[10].

3.7.4 Πλεονεκτήματα

Αρκετά είναι τα πλεονεκτήματα που προκύπτουν από την προταθείσα

αρχιτεκτονική τα οποία παρατίθενται πιο κάτω [15]:



Το δίκτυο πυρήνα και ειδικότερα το κομμάτι που ασχολείται με τη

μεταγωγή πακέτου θα βασίζεται εξ' ολοκλήρου στο πρωτόκολλο ΙΡ (fully IP based CN)

μετά την τοποθέτηση του κόμβου IGSN στη θέση των κόμβων SGSN και GGSN,

αφού τα μέχρι πρότινος μηνύματα ΝΑS (Νοn Access Stratum) πρόκειται να

αντικατασταθούν από μηνύματα SΙΡ. Αυτό αποτελεί ένα βήμα προς την

αρχιτεκτονική Αll-ΙΡ (4G).

Ένα δίκτυο 3ης γενιάς που στηρίζεται στο ΙΡ (δηλαδή χρήση των ήδη

εγκαταστημένων δρομολογητών και πρωτοκόλλων της στοίβας ΙΡ) έχει τα εξής

πλεονεκτήματα:

Υποστήριξη νέων λειτουργιών επιπέδου ΙΡ όπως multicast (πολλαπλή

διανομή) και anycast πιο οικονομικά χωρίς τη χρήση γεφυρών (bridges).

Η σηματοδοσία για την διαχείριση κινητικότητας, την εγκατάσταση

συνόδων και για την ρύθμιση των παραμέτρων του QoS γίνεται πολύ πιο απλά και

πιο εύκολα σε δίκτυα ΙΡ.

Παρέχεται πιο εύκολη επέκταση του δικτύου γιατί αυτό θα στηρίζεται

στα ήδη υπάρχοντα σταθερά δίκτυα ΙΡ. Να σημειωθεί επίσης ότι τα δίκτυα ΙΡ

δεν προϋποθέτουν κάποια πολύπλοκη αρχιτεκτονική αφού βασίζονται κυρίως

στην χρήση ΙΡ δρομολογητών.

Παρέχεται στους παρόχους η δυνατότητα πιο οικονομικής συντήρησης

ενός ομογενούς δικτύου ΙΡ λόγω του λιγότερου εξοπλισμού που χρειάζεται

εν συγκρίσει με ένα ετερογενές δίκτυο όπως είναι το υπάρχον δίκτυο UMTS.

Παρέχεται επίσης στους παρόχους η ευκολία σύγκλισης τεχνολογιών

πρόσβασης (όπως ασύρματα τοπικά δίκτυα Wi-Fi, Bluetooth) και κυψελωτών

δικτύων ευρείας περιοχής.

Η αντικατάσταση των μηνυμάτων ΝΑS από μηνύματα SΙΡ έχει ως

αποτέλεσμα την αποφυγή της εκτέλεσης διαδικασιών που ανήκουν σε διαφορετικά

πρωτόκολλα και εξυπηρετούν τον ίδιο σκοπό όπως αναφέραμε πιο πάνω. Έτσι

γίνεται εφικτή μια σημαντική μείωση του φορτίου σηματοδοσίας (μείωση αριθμού

μηνυμάτων/bytes προς αποστολή).

Η δυνατότητα για πιο γρήγορες διαπομπές είναι εφικτή σύμφωνα με τη νέα



αρχιτεκτονική. Όπως φαίνεται στο παρακάτω σχήμα όταν ένα κινητό τερματικό

καθώς κινείται εξέρχεται από την εμβέλεια ενός κόμβου Νode Β που ανήκει σε ένα

SGSΝ και εισέλθει στην εμβέλεια ενός άλλου Νode Β που ανήκει σε νέο SGSΝ

τότε έχουμε διαπομπή Inter-SGSN. Για να γίνει εφικτή η διαπομπή θα πρέπει να

ενημερωθεί και ο κόμβος GGSN του παρόχου, ο οποίος μπορεί να βρίσκεται

αρκετά μακριά οπότε η διαδικασία γίνεται χρονοβόρα.

Εν αντιθέσει με τη κατάσταση αυτή, η διαπομπή στην περίπτωση που

υπάρχουν μόνο οι κόμβοι IGSN είναι μια διαδικασία αρκετά πιο γρήγορη

γιατί δεν εμπλέκει κόμβους οι οποίοι να βρίσκονται σε μακρινή απόσταση ο

ένας από τον άλλο.

Με την απαλοιφή του κόμβου GGSN, το δίκτυο γίνεται πιο αποδοτικό. Επίσης

στον εν λόγω κόμβο, πρέπει να συνδέονται όλοι οι κόμβοι SGSN ενός παρόχου

κάτι που οδηγεί σε αργές διαπομπές όπως αναφέραμε πιο πάνω. Επίσης ο κόμβος

GGSN αποτελεί τη στενωπό του συστήματος αφού όλη η κίνηση δεδομένων

χρήστη θα πρέπει να δρομολογείται μέσω αυτού για να βγει στο διαδίκτυο

(GGSN anchoring). Όταν όμως στο δίκτυο πυρήνα τοποθετήσουμε τον κόμβο

RASN - IGSN, το μονοπάτι που ακολουθούν τα δεδομένα του χρήστη είναι πιο

αποδοτικό καθώς δεν συγκλίνουν σε ένα μοναδικό κόμβο (όπως τον κόμβο GGSN

που μπορεί να βρίσκεται μακριά) αλλά δρομολογούνται μέσω του κάθε RASN -

IGSN απευθείας στο διαδίκτυο.

Τέλος, με την κατάργηση των δύο κόμβων αποφεύγεται η χρήση του

πρωτοκόλλου GΤΡ στο δίκτυο πυρήνα δηλαδή η χρήση σήραγγας για μεταφορά

δεδομένων που υπήρχε μεταξύ των κόμβων SGSN και GGSN. Αυτό έχει ως

αποτέλεσμα την αποφυγή της πρόσθετης επιβάρυνσης λόγω επικεφαλίδας

(overhead).

3.8 CORE NETWORK PROTOCOLS

Στο σημείο αυτό θα παραθέσω κάποιες επιπλέον πληροφορίες για το WCDMA

Core Network οι οποίες αποτελούν ένα μικρό μέρος της έρευνάς μου σε αυτόν

τον τομέα και έχουν μεγάλη πρακτική εφαρμογή.



Tο SS7 πρωτόκολλο όπως χρησιμοποιείται στο WCDMA Core Network, φαίνεται

στην εικόνα που ακολουθεί. Επίσης φαίνονται αναλυτικά το WCDMA και το

GSM δίκτυο.

Εικόνα 3.14 SS7 protocol στο WCDMA Core Network

3.8.1 SS7 Σηματοδοσία στην HLR

Τα IP, ATM και STM είναι τα πιθανότερα επίπεδα για την μεταφορά και για

σηματοδοσία. Η HLR υποστηρίζει τους ακόλουθους συνδυασμούς σηματοδοσίας:

• STM (63 kbps narrowband και 2 Mbps High Speed)

• ATM (με την χρησιμοποίηση ATM Line Interface board)

• IP (με την χρησιμοποίηση GARP board)

• IP επάνω στο STM

• ATM επάνω στο STM

Οι δυνατότητες σηματοδοσίας εμπλουτίζονται με την υποστήριξη High Speed

συνδέσεων σηματοδοσίας στους GSM 850 / 900 / 1800 / 1900 και WCDMA

κόμβους.

Μια λογική θεώρηση της HLR και του interfaces αυτής στα GSM/WCDMA

φαίνεται στην ακόλουθη εικόνα.



Η HLR έχει την δυνατότητα να διαχειρίζεται τις κεντρικές βάσεις δεδομένων στα

GSM, WCDMA or GSM/WCDMA δίκτυα και να εξυπηρετεί όλες τις αιτήσεις

ταυτόχρονα. Η HLR, έχει διαμορφωμένα interfaces για τα έξυπνα δίκτυα ή

στοιχεία δικτύου GPRS, τα οποία παρέχουν σύνδεση στις διάφορες υπηρεσίες

των IP δικτύων and καθώς και καινοτομικές υπηρεσίες, όπως η υποστήριξη

δορυφορικών δικτύων.

Εικόνα 3.15 Η σηματοδοσία στην HLR

Η HLR εξυπηρετεί όλες τις απαιτήσεις των δικτύων GSM Phase 1, GSM Phase 2

καθώς και GSM Phase 2+.

Η HLR εξυπηρετεί την τηλεφωνία, καθώς επίσης και τις άλλες GSM/3GPP

τηλευπηρεσίες και υπηρεσίες φορέων.

Επιπρόσθετα η HLR παρέχει πλήρη ταύτιση με τα τελευταία standards στο GSM

για υψηλούς ρυθμούς μεταγωγής (υποστηρίζει μέχρι 63 Kbps με την χρήση High-

Speed Datacom υπηρεσιών), προσφέροντας υποστήριξη για εξελιγμένες

επικοινωνίες δεδομένων. Η υποστήριξη του GPRS υλοποιείται στην GSM Phase



2+ με υπηρεσίες φορέα που επιτρέπουν μεταφορά δεδομένων σε end-to-end

packet transfer mode και ενεργοποιούν ειδικές χρήσεις του δικτύου για packet

mode εφαρμογές. Ένα interface βασιζόμενο στο MAP βοηθά στην διασύνδεση

της HLR με τον SGSN. Το GPRS προσφέρει υποστήριξη στις packet data

επικοινωνίες έως τα 115Kbps.

Οι δυνατότητες οι οποίες παρέχονται από το WDCMA συμπεριλαμβάνουν βέβαια

την αποστολή και λήψη στοιχείων circuit-switched multimedia, που συνδυάζουν

ταυτόχρονα φωνή και video, όπως η βιντεοτηλεφωνία. Οι τρίτης γενιάς ιδιότητες

της HLR, επιτρέπουν ταχύτητες στα 383 Kbps (στην wide-area κάλυψη) και 2

Mbps (στην local-area κάλυψη).

Η αυτονομία της HLR επιτρέπει την υπέρβαση περιπτώσεων, όπως καταστροφής

του κόμβου ή σε άλλες έκτακτες καταστάσεις. Επίσης παρέχεται προστασία στην

απώλεια σηματοδοσίας και ενισχύεται η απόδοση του In-Service και η

σταθερότητα του δικτύου.

Κάθε HLR περιέχει ενημερωμένες λειτουργίες για τους χρήστες και συνήθως

υπάρχει εφεδρική όμοια βάση για έκτακτες περιπτώσεις. Κάθε βάση παρέχει

πλήρη υποστήριξη στους χρήστες με δυνατότητα καταμερισμού το φορτίου κ.α.

3.8.2 HLR INTERFACES

Η HLR παίζει πρωτεύοντα ρόλο στα GSM/WCDMA δίκτυα. Τα πρωτόκολλα που

χρησιμοποιεί είναι σύμφωνα με τις προδιαγραφές του GSM και της 3GPP. Η

HLR μπορεί να είναι συνδεδεμένη με τα ακόλουθα στοιχεία του δικτύου:

• Με τα MSC/VLR – για την ανάγνωση δεδομένων των χρηστών. Tο SS7

πρωτόκολλο Mobile Application Part (MAP) χρησιμοποιείται μεταξύ της HLR και

των άλλων οντοτήτων στα δίκτυα GSM/WCDMA, όπως (MSC, GMSC κ.α.).

Συγκεκριμένα η Ericsson υποστηρίζει πέντε διαφορετικά MAP πρωτόκολλα.



• Με το GMSC – το οποίο ερευνά την HLR για όλες τις κλήσεις που

ολοκληρώθηκαν. Tο ίδιο MAP πρωτόκολλο αλλά με διαφορετικές λειτουργίες,

χρησιμοποιείται μεταξύ του GMSC και της HLR.

• Με το SMS-GMSC, το οποίο ερευνά την HLR για τα SMS. Tο ίδιο MAP

πρωτόκολλο αλλά με διαφορετικές λειτουργίες, χρησιμοποιείται μεταξύ του

SMS-GMSC και της HLR όπως μεταξύ του MSC/VLR και της HLR.

• Με το SMS-IWMSC - Το IWMSC είναι ένα MSC με ικανότητα να λαμβάνει ένα

Short Message από την PLMN και να το διαβιβάζει στο κέντρο. Η HLR

χρησιμοποιεί τα SMS-IWMSC για να ειδοποιεί το κέντρο εξυπηρέτησης όταν ο

χρήστης ζητά να επαναλυφθεί η αποστολή εός χαμένου μηνύματος.

Tο ίδιο MAP πρωτόκολλο αλλά με διαφορετικές λειτουργίες, χρησιμοποιείται

μεταξύ του SMS-IWMSC και της HLR όπως μεταξύ του MSC/VLR και της HLR.

• Με το Authentication Centre (AUC) που παρέχει στην HLR δεδομένα

αυθεντικότητας. Tο ίδιο MAP πρωτόκολλο αλλά με διαφορετικές λειτουργίες,

χρησιμοποιείται μεταξύ της HLR και του AUC.

• Με το Operations Support System (OSS-RC), που χρησιμοποιείται για την

υποστήριξη και διατήρηση διάφορων λειτουργιών. Η HLR είναι επίσης

εφοδιασμένη με μία in-built O&M ιδιότητα, η οποία κάνει μια OSS-RC επιλογή.

Tο IO σύστημα στην HLR είναι έτσι ή αλλιώς το IOG 20 (στο GSM μόνο) ή το

APG30. Tο APG30 χρησιμοποιεί το TCP/IP για την σύνδεση με το OSS-RC. Όταν

το IOG20 χρησιμοποιείται από ένα IO σύστημα, το OSS είναι συνδεδεμένο στο

HLR TCP/IP interface.

• Με τον SGSN - Η HLR περιέχει GPRS δεδομένα επιβεβαίωσης και πληροφορίες

δρομολόγησης. Ένα MAP based πρωτόκολλο χρησιμοποιείται μεταξύ της HLR

και του SGSN.

• Με τον Flexible Numbering Register (FNR) που παρέχει δρομολόγηση όλων

των μηνυμάτων που χρησιμοποιούν το MSISDN σαν διεύθυνση κλήσης για να

προσδιοριστεί η οικεία HLR. Ένα MAP πρωτόκολλο χρησιμοποιείται μεταξύ της

HLR και του FNR.

• Με το Service Control Point (SCP) που είναι μία οντότητα στο IN δίκτυο που

παρέχει τις δυνατότητες και την λογική της εκτέλεσης μις IN υπηρεσίας. Η



διασύνδεση μεταξύ του SCP και της HLR παρέχεται για το SCP για πληροφορίες

σχετικά με τον ΜS κατά την διάρκεια μιας IN κλήσης. Ένα CS1+ πρωτόκολλο

χρησιμοποιείται μεταξύ της HLR και του SCP.

• Με το GSM Service Switching Function (gsmSSF) που είναι μια λειτουργική

μονάδα με CAMEL περιεχόμενο. Αυτό επιτρέπει στα δίκτυανα έχουν πρόσβαση

σε IN υπηρεσίες. Η HLR μπορεί να αποθηκεύει CAMEL πληροφορίες

επιβεβαίωσης. Ένα ΜΑΡ πρωτόκολλο χρησιμοποιείται μεταξύ της HLR και του

gsmSSF. Ας σημειωθεί ότι το gsmSSF είναι πάντα στην MSC/VLR.

• Με την Mobility Gateway (MG) η οποία είναι λειτουργική οντότητα που

ενεργοποιεί την περιαγωγή μεταξύ των συστημάτων. Η HLR μοιάζει εδώ με την

λειτουργία της MSC/VLR. Το ίδιο MAP πρωτόκολλο χρησιμοποιείται όπως στην

MSC/VLR.

• Με το Gateway Mobile Location Center (GMLC), που ερωτά την HLR για

πληροφορίες δρομολόγησης για την εξυπηρέτηση της MSC/VLR. Ένα MAP

based πρωτόκολλο χρησιμοποιείται μεταξύ της HLR και του GMLC.

• Με τον Home Location Register (συζυγές ζεύγος) που έχει αυτονομία και

παρέχει προστασία στην HLR σε περιπτώσεις καταστροφών. Και οι δύο HLRs

είναι συνδεδεμένες με την βοήθεια MAP πρωτοκόλλων με άλλα GSM/3GPP

στοιχεία δικτύου.

3.9 MOBILE INTELLIGENT NETWORK (MOBILE IN)

Το Mobile IN χρησιμοποιείται για την συνύπαρξη με το Public Land Mobile

Network (PLMN) και περιλαμβάνει ειδικούς κόμβους που παρέχουν εξελιγμένες

υπηρεσίες στους χρήστες. Οι λειτουργίες του Mobile IN συμπεριλαμβάνουν το

Service Switching Point (SSP) και το Service Control Point (SCP) ή έναν

συνδυασμό αυτών, το Service Switching and Control Point (SSCP).

Οι μηχανισμοί που υποστηρίζουν τις νέες υπηρεσίες δεν συναντώνται στο GSM

ενώ η περιαγωγή εκτός του PLMN παρέχεται από ειδικά λογικά κυκλώματα, την

Customized Applications for Mobile network Enhanced Logic (CAMEL).



Οι SSP ιδιότητες ανιχνεύουν πότε οι SCP λειτουργίες απαιτούνται. Η SCP

λειτουργικότητα είναι που παρέχει αυτές τις υπηρεσίες. Η SSP είναι τυπικά

τοποθετημένη στον MSC. Οι SCP δυνατότητες μπορεί να βρίσκονται στον SSP ή

σε άλλον αναγνωρισμένο κόμβο. Η SSP-SCP επικοινωνία προσφέρεται από το

Intelligent Network Application Part (INAP) protocol CS 1+. Το INAP CS 1+ είναι

συμβατό με το standard πρωτόκολλο INAP CS 1, αλλά διαφέρει σε μερικές

λειτουργίες. Όταν η SSP και η SCP είναι εγκατεστημένες, τα INAP μηνύματα

μεταφέρονται με εσωτερικά software σήματα. Όταν οι κόμβοι ελέγχονται από

απόσταση, τα INAP μηνύματα μεταφέρονται με SS7 συνδέσεις και

χρησιμοποιούνται οι Transaction Capabilities Application Part (TCAP)

λειτουργίες. ¨ένα τέτοιο παράδειγμα είναι το Virtual Private Network (VPN). Tο

VPN δίνει στους εταιρικούς πελάτες ένα αφιερωμένο κατάλογο αριθμών στο

PLMN δίκτυο.

Η επόμενη εικόνα δείχνει μια IN υπηρεσία και πως εξυπηρετείται από τους

κόμβους στο έξυπνο δίκτυο.

Εικόνα 3.16 MOBILE INTELLIGENT NETWORK



3.9.1 SCF

Η SCF είναι μια λειτουργική οντότητα στο έξυπνο δίκτυο, και είναι η πηγή των

κλήσεων ελέγχου στο έξυπνο δίκτυο, όταν εκτελούνται ακριβείς υπηρεσίες του.

Οι επιδιώξεις της Service Control Function (SCF) είναι να επεξεργαστεί τα

δεδομένα που αποτελούν την υπηρεσία αλληλεπίδρασης με την SSF για την

βελτίωση της απόδοσης του δικτύου.

Για την θέσπιση κάθε IN υπηρεσίας, εγκαθίσταται μια σύνοδος στο SCF. Στην

ουσία είναι ένα interface μεταξύ μιας διαδικασίας και των Functional Entities

(FEs). Ένας διαλογικός διαχειριστής καθορίζει τις σχέσεις μεταξύ της SCF και

των άλλων Functional Entities (FEs). Ένας διάλογος είναι μια συσχέτιση

εγκατεστημένη μεταξύ δύο FEs για την μεταφορά πληροφοριών. Σ’ αυτή την

διαδικασία μπορεί ο SCF να επικοινωνεί μέσα από ειδικές εντολές. Διαφορετικοί

τύποι διαλόγων χρησιμοποιούνται για να διαχωρίζουν τις διαφορετικές

συμπεριφορές του dialogue manager.

Για παράδειγμα, κάποιες IN ιδιότητες προσφέρουν Pre-paid υπηρεσίες, μέσα

από έναν διάλογο μεταξύ της Pre-paid πλατφόρμας και του κινητού με την

βοήθεια του MSC για την αναγνώριση μιας κλήσης, το κόστος της κλπ. Αυτό

ενεργοποιεί την Pre-paid πλατφόρμα εξυπηρέτησης για την διαχείριση όλων

αυτών των πληροφοριών για κάθε χρήστη της IN υπηρεσίας



Κεφάλαιο 3ο ΜΕΡΟΣ Γ

Αρχιτεκτονική Επιπέδων 3.10 ΑΡΧΙΤΕΚΤΟΝΙΚΗ ΕΠΙΠΕΔΩΝ

Πριν πω οτιδήποτε άλλο, θα παρουσιάσω την αρχιτεκτονική των επιπέδων και

στην συνέχεια θα εξηγήσω αναλυτικά, την λειτουργία όλων των κόμβων της

εικόνας. Σύμφωνα με την αρχιτεκτονική αυτή της Ericsson, η οποία εφαρμόζεται

και στην πράξη γενικότερα, διατηρούνται τρία επίπεδα στον σχεδιασμό: control

layer, connectivity layer και application layer.

Tο control layer έχει τον έλεγχο των network control servers που είναι

επιφορτισμένοι με το set-up των κλήσεων και των συνόδων, το modification, και

τον τερματισμό. Οι control servers μπορούν επίσης να κάνουν mobility

management, security, charging και interworking λειτουργίες, που επιτρέπουν

στο εξωτερικό δίκτυο να ελέγχει το plane level. Επίσης το “Control Layer”

συμπεριλαμβάνει τους κόμβους καθώς και τον έλεγχο όλης της κυκλοφορίας και

των δύο ειδών (Circuit και Packet Switched). Tο WCDMA Core Network

συμπεριλαμβάνει όλους τους γνωστούς κόμβους και βάσεις, όπως τα MSCs,

HLR/HSS, GMSC/TSC, SGW και προφανώς το IMS για πολυμεσικές υπηρεσίες.

Tο “Connectivity Layer” συμπεριλαμβάνει όλους τους κόμβους μεταφοράς

(MMGW, SGSN και GGSN) και διασυνδέεται με το σύνολο όλων των

απαιτούμενων δικτύων πρόσβασης. Περιλαμβάνει τους σταθμούς βάσης και

τους ελεγκτές στα κινητά δίκτυα (GSM, UMTS, CDMA) και μπορεί να είναι

πλήρες δίκτυο σύνδεσης και μεταφοράς της πληροφορίας που έχει την

δυνατότητα να διαχειρίζεται όλες τις συνδέσεις και τα δεδομένα(π.χ. Circuit

Switched και Packet Switched δεδομένα).

Στην επόμενη εικόνα μπορούμε να δούμε τι περιλαμβάνει το κάθε

επίπεδο:



Εικόνα 3.17 Components Δικτύου

Tο “Application Layer” ανταποκρίνεται και προσφέρει υπηρεσίες στους

χρήστες για όλες τις εφαρμογές, ανεξάρτητα από τις συσκευές, την προσπέλαση

των χρηστών και το δίκτυο. Το επίπεδο αυτό δεν αποτελεί από μόνο του δίκτυο,

αλλά είναι το κύριο συστατικό, αυτού που λέμε Service Network.

O network control server χρησιμοποιεί αυτό το interface για να διαμορφώσει

τους πόρους της media gateway στο connectivity layer. Tο application layer, το

οποίο υλοποιείται σαν ένα μέρος του service network, εκτελεί χρέη των

application και των content servers.

Σύμφωνα με την αρχιτεκτονική της Ericsson την οποία γνωρίζω ότι εφαρμόζεται

και στην πράξη, διατηρούνται τα τρία επίπεδα: control layer, connectivity layer

και application layer. Tο control layer έχει τον έλεγχο των network control

servers που είναι επιφορτισμένοι με το set-up των κλήσεων και των συνόδων, το

modification, και τον τερματισμό.



Οι control servers μπορούν επίσης να κάνουν mobility management, security,

charging και interworking λειτουργίες που επιτρέπουν στο εξωτερικό δίκτυο να

ελέγχει το plane level.

Tο connectivity layer περιλαμβάνει όπως γνωρίζω τους hosts routers, switches,

signaling gateways, media gateways και άλλες λειτουργικότητες του user-plane.

Αυτό κάνει το switching και δρομολογεί την επικοινωνία και τον έλεγχο στο user

plane. Η media gateway διευκολύνει τις λειτουργίες του user plane. Αυτή

περιλαμβάνει το interworking μεταξύ διαφορετικών τεχνολογιών και media

formats. Tο interface μεταξύ του control layer και του connectivity layer

περιλαμβάνει κυρίως τα gateway control πρωτόκολλα. Tο network control server

χρησιμοποιεί αυτό το interface για να διαμορφώσει τους πόρους της media

gateway στο connectivity layer.

Υπάρχουν δύο interfaces μεταξύ του core network και του service network: Ένα

horizontal interface και ένα κάθετο (vertical) interface.

Tο horizontal interface μεταξύ του core network και του service network

αναφέρεται στην απλή peer-to-peer ή client/server mode επικοινωνίας για τις

end-user εφαρμογές, όπως το Web browsing, e-mail και audio/video υπηρεσίες.

Αυτές είναι κανονικά ενεργές από ένα end-user αλλά μπορεί και να

ενεργοποιηθούν από έναν application server. Tο vertical interface επιτρέπει

εφαρμογές που ανήκουν σε ειδικό application server να συμπληρώνουν ή να

διαμορφώνουν τις κανονικές διαδικασίες, όπως το set up των κλήσεων ή των

συνόδων διαμέσου του core network. Αυτές οι εφαρμογές συνεργάζονται με το

core network διαμέσου ορισμένων application program interfaces, (API).

Η layered architecture επιτρέπει σε κάθε layer να εξελίσσεται ανεξάρτητα και σε

επίπεδο εξέλιξης της τεχνολογίας. Υποστηρίζει επίσης την μετακίνηση σε νέες

επικοινωνιακές τεχνολογίες, ενώ τα ανώτερα layers παραμένουν ανεξάρτητα

προς αυτές και αναπτύσσονται στο connectivity layer. Η layered architecture

επιτρέπει επίσης διαφορετικές, optimized τεχνολογίες να αναπτύσσονται στο

connectivity layer (όπως η διαχείριση του ωφέλιμου φορτίου), αντί του control

layer (που ασχολείται μόνο με την διεκπαιρέωση). Στην ακόλουθη εικόνα



φαίνεται πώς οι διάφορες core network λειτουργικότητες μπορούν να

προσαρμοστούν στην layered architecture.

Στο circuit-switched domain, το mobile services center (MSC), η gateway MSC

(GMSC) και το transit services switching center (TSC) servers είναι τμήματα του

control layer.

Εικόνα 3.18 Στοιχεία στο CN στην Layered Network Architecture

Η αντίστοιχη media gateway ανήκει στο connectivity layer. Στο packet-switched

domain, και οι δύο κόμβοι υποστήριξης, ο serving GPRS support node (SGSN)

και ο gateway GPRS support node (GGSN) θεωρούνται μέρος του connectivity

layer και περιλαμβάνουν λειτουργικότητες ελέγχου. Στην συνέχεια, θα κάνω

αναλυτικά την παρουσίαση των δύο γνωστών domains SC, PC για το WCDMA

δίκτυο.

Η κύρια subscriber database, που καλείται home subscriber server (HSS), είναι

κοινή στο circuit-switched domain, στο packet-switched domain, και στο IP

multimedia subsystem.



3.11 SOFT SWITCHING

Σην παράγραφο αυτή θα αναλύσω την νέα αρχιτεκτονική του soft switch, τα

χρησιμοποιούμενα πρωτόκολλα και τις περιπτώσεις τηλεπικοινωνιακής κίνησης

με την νέα δομή του soft switch.

Μέχρι τώρα στο δίκτυο της 3ης γενιάς που εφαρμόζεται στην πράξη, γνωρίζαμε

ότι ο MSC server βρισκόταν στο control layer και η Media Gateway στο

Connectivity layer, όπως βλέπουμε στην προηγούμενη εικόνα. Στο δίκτυο της 3G

ο MSC server θα παραμείνει στο control layer και η Media Gateway στο

Connectivity layer αλλά θα διασπαστεί σε περισσότερες οντότητες οι οποίες θα

διασυνδέονται μεταξύ τους με πρωτόκολλο ΙΡ ή και τα TDM και ATM όπως

βλέπουμε στην επόμενη εικόνα.

Ο σχεδιασμός αυτός είναι χρήσιμος για να επιτευχθεί αποτελεσματικότητα στο

κόστος και βελτίωση στις υπηρεσίες. Αυτό θα μπορούσε συμπληρωματικά να

συμπεριληφθεί στο multimedia υποσύστημα (IMS) για την εξελιγμένη

περίπτωση της real time φωνής και των multimedia επικοινωνιών, από ένα

αμιγώς ΙΡ δίκτυο. Με τον εμπλουτισμό του δικτύου θα υποστηρίζεται η

δυνατότητα σε κάποιον να προσφέρει διακριτά καλύτερη ποιότητα ομιλίας με

χαμηλότερο κόστος, μέσα σε φιλικότερο περιβάλλον.

To mobile softswitch ενεργοποιεί μία αρχιτεκτονική επιπέδων για το κεντρικό

δίκτυο (mobile circuit core) όπου οι λειτουργίες του δικτύου ανταποκρίνονται

στην διαχείριση των υπηρεσιών και τον έλεγχο (επίπεδο ελέγχου) για την

μεταφορά ή εξυπηρέτηση δεδομένων (connectivity layer) που είναι φυσικά ή

λογικά διαχώρισμα.

Η αρχιτεκτονική του 3G δικτύου πυρήνα, έχει μια δομή επιπέδων οριζόντια στην

οποία οι κόμβοι εξυπηρέτησης τοποθετούνται στο Control Layer, ενώ οι Media

Gateways που ρυθμίζουν τον φόρτο της κίνησης, στο Connectivity Layer. Η

διαφορά των επιπέδων είναι κατανεμημένη και υπάρχει επικοινωνία στο

interface.

Αυτή η δομή δικτύου έχει προσδιοριστεί σαν Mobile Softswitch Solution (MSS)

στο Media Gateway for Mobile Networks (M-MGw). Αυτή μπορεί να διασυνδεθεί



με άλλα δίκτυα, όπως το WCDMA και το GSM.

Ένα ολοκληρωμένο κεντρικό κύκλωμα softswitch έχει αναπτυχθεί από την

Ericsson για το WCDMA και το GSM δίκτυό της, όπως βλέπουμε στην ακόλουθη

εικόνα:

Εικόνα 3.19 Αρχιτεκτονική Softswitching

Αυτό που μπορούμε αμέσως να παρατηρήσουμε, είναι ότι η MGW δεν είναι μία,

όπως την είδαμε μέχρι τώρα, αλλά έχει διασπαστεί σε μικρότερους όμοιους

κόμβους που επικοινωνούν μεταξύ τους με βάση τα σύγχρονα πρωτόκολλα.

Επίσης το παλιό MSC τώρα διαχωρίστηκε και δημιουργούνται πολλές MGW στο

επίδεδο διασύνδεσης.

3.11.1 Πλεονεκτήματα του SOFTSWITCH

Η πρόταση της Εricsson μας καθόρισε την ύπαρξη ορισμένων keys για την

αναγνώριση σε εξωτερικά δίκτυα σύμφωνα με τα ακόλουθα:

Ενεργοποίησε έναν σημαντικό περιορισμό στην σχεδίαση, επικεντρωμένη

στο επίπεδο ελέγχου, έτσι ώστε να περιοριστεί ο απαιτούμενος χώρος. Με την

εφαρμογή της τελευταίας τεχνολογίας θα περιοριστούν και οι απαιτήσεις ισχύος

των κυκλωμάτων.



Απλοποίησε τον σχεδιασμό του κυκλώματος που μπορεί να επιτευχθεί

διαμέσου ενός πυρήνα για τα WCDMA – GSM μια κοινή ΙΡ δομή μεταφοράς και

εξυπηρέτησης των MSC servers. Έτσι επιτυγχάνουμε τον περιορισμό των critical

O&M events και σχεδιάζουμε με μηδενικό χρόνο downtime και περιορίζοντας την

πολυπλοκότητα του δικτύου.

Περιορίζοντας την κίνηση του δικτύου κορμού και θέτοντας σε λογική

βάση τις υποδομές μεταφοράς, μπορεί να επιτευχθεί διανομή των mobile Media

Gateways (M-MGw) στα σημεία συγκέντρωσης του ραδιοδικτύου. Αυτό

ενεργοποιεί το τοπικό switching των κλήσεων από κινητό σε κινητό που λέγεται

local breakout στο PSTN. Τυπικά το 60% της κυκλοφορίας μπορεί να αφαιρεθεί

από το δίκτυο και να περιοριστεί σημαντικά το κόστος διασύνδεσης.

Η τεχνολογία Packet backbone (IP ή ATM) ενεργοποιεί περισσότερο

αποτελεσματικά την μεταφορά φωνής πάνω στο δίκτυο κορμού με την

προϋπόθεση της ύπαρξης του ιδίου κώδικα φωνής στο δίκτυο κορμού και στο air

interface. Λεπτομερή ανάλυση για το Packet backbone θα κάνω στην συνέχεια.

Δημιουργώντας ανεξαρτησία για τα GSM και WCDMA δίκτυα, διαμέσου

του κοινού δικτύου πυρήνα (core network), σημαίνει ότι αυτό έχει την

δυνατότητα να αντιμετωπίσει την περίπτωση να τεθεί εκτός η κίνηση στο

WCDMA, χωρίς να επηρεαστεί το άλλο δίκτυο. Μια απλή διαμόρφωση της M-

MGw απαιτείται για να διαχειριστούμε αυτή την ανάμικτη κυκλοφορία.



Κεφάλαιο 3ο ΜΕΡΟΣ Δ

IP εφαρμογές – Ανάλυση IMS αρχιτεκτονικής

3.12 Πρωτόκολλα IP εφαρμογής σε WCDMA/GSM packet-switched

network

Οι δύο ρόλοι του IP ενεργοποιούνται στο mobile core network και σαφώς στα

core network protocol stacks. Στην εικόνα 3.20 παρατηρούμε ένα end-to-end

protocol stack για μία IP εφαρμογή που τρέχει σε ένα γνωστό μας

WCDMA/GSM packet-switched network. Η κυκλοφορία αφήνει το mobile core

network από τον GGSN. Υπάρχουν εδώ δύο εκδοχές για τον GGSN όταν απομένει

στο core network. Αν και συνήθως το απλούστερο σενάριο εφαρμόζεται.

Εικόνα 3.20 Πρωτόκολλα IP εφαρμογής σε WCDMA/GSM packet-switched

network

Τα δύο διαχωρισμένα IP layers μπορούν να αναγνωριστούν.

Tο upper layer (που σχεδιάζεται με μπλέ) καταδεικνύει το IP application layer,

το οποίο τρέχει μεταξύ του user equipment (UE) και μιας εξωτερικής οντότητας

με την οποία επικοινωνεί το UE. Αυτό μπορεί να είναι τυπικά ένας IP application

serve, ή άλλο UE.



Το κατώτερο επίπεδο (με το κόκκινο) καταδεικνύει το IP transport layer, το

οποίο έχει σπουδαιότητα για το public land mobile network (PLMN). Tο IP

transport layer χρειάζεται για επικοινωνία (control και user plane) με το mobile

network. Σε αυτήν την συγκεκριμένη περίπτωση το επίπεδο τερματίζεται στον

GGSN, (IGSN), όπου και η κυκλοφορία φεύγει από τον PLMN. Η δρομολόγηση

εδώ υποστηρίζεται κατευθυντικά στο IP application layer.

Στην άλλη περίπτωση, η κυκλοφορία του IP application-layer μπορεί να

συνεχίσει να μεταφέρεται πάνω στο IP transport layer εκτός εάν αφήσει τον

κόμβο GGSN (IGSN).

3.13 IP εφαρμογές – Ανάλυση IMS αρχιτεκτονικής

Από την άποψη του IP application layer, ο ρόλος του mobile core network έχει

περιοριστεί στην παροχή μιας σήραγγας η οποία επιτρέπει στον UE να

επικοινωνεί με άλλο IP host. Η υποστήριξη αυτή υλοποιείται στους κόμβους

υποστήριξης GGSN ή IGSN.

Στην γενικότητα οι IP applications είναι διαφανείς στο core network. Αυτό είναι

αλήθεια για τις IP applications εκτός από το session initiation protocol (SIP)

application. H κεντρική διαφορά με τις υπόλοιπες, είναι το μοντέλο επικοινωνίας.

Oι περισσότερες IP applications ακολουθούν ένα client-server μοντέλο. Tο file

transfer protocol (FTP) επιτρέπει το κατέβασμα πληροφοριών στον πελάτη από

ένα server. Το hypertext transfer protocol (HTTP) και το wireless application

protocol (WAP) επιτρέπουν στους clients το download ηλεκτρονικών σελίδων

περιεχομένου από τον server, καθώς και το real-time streaming protocol (RTSP)

επιτρέπει στους clients να έχουν μια ροή δεδομένων από τον server, σε αντίθεση

με τα SIP primarily targets όπου υποστηρίζεται ένα client-to-client μοντέλο


Για να καταλάβουμε την IMS architecture, θα αναφέρω τις βασικές αρχές της:

Την home-visited αρχιτεκτονική interworking, τις λειτουργικές οντότητες και τις

υπηρεσίες.



3.13.1 Home-visited-interworking

Στα συστήματα δεύτερης γενιάς, όπως στο GSM, οι υπηρεσίες παρέχονται από το

PLMN δίκτυο. Οι προσωπικές πληροφορίες για υπηρεσίες, παρέχονται από το

οικείο PLMN στο PLMN του επισκέτη.

Αυτό θεωρεί ότι και το οικείο PLMN και το επισκεπτόμενο PLMN υποστηρίζουν

κάποια υπηρεσία. Έτσι οι υπηρεσίες παρέχονται με μια end-user αναπαράσταση

που υποθέτει την υποστήριξη του PLMN επίσκεψης στο οικείο PLMN. Στο

μέλλον μπορεί να υπάρχει διαφορά μεταξύ των network operators, στο

application και στο service επίπεδο, ανάλογα με την πρόσβαση στα επίπεδα

δικτύου. Οι περιαγόμενοι χρήστες θα συναντούν τον ίδιο κανόνα. Αυτό

συνεπάγεται ότι θα έχουν όλο και περισσότερο ανάγκη την υποστήριξη όλων των

υπηρεσιών. Η Ericsson έχει προτείνει να καθιερωθεί η home και visited

αρχιτεκτονική. Η Home προσδιορίζει τα δεδομένα του χρήστη και τις υπηρεσίες

του, από τις οποίες είναι visited η connectivity και η mobility. Αυτό εξασφαλίζει

ότι οι βασικές διεργασίες που παρέχονται σε ένα χρήστη υποστηρίζονται από το

οικείο του δίκτυο (Εικόνα 3.18).

Εικόνα 3.21 Home-visited-interworking



Tο home network εξασφαλίζει τα δεδομένα του χρήστη, τον έλεγχο της συνόδου

και τις υπηρεσίες. Έτσι οι υπηρεσίες θα ελέγχονται από το home network,

ανεξάρτητα από πιο δίκτυο βρίσκεται τώρα ο περιαγόμενος συνδρομητής. Αυτή η

θεώρηση περιορίζει την εξάρτηση του πρωτοκόλλου μεταξύ του home και του

επισκεπτόμενου δικτύου, κατά συνέπεια θα έχουμε:

Ελαχιστοποίηση των περιορισμών που τίθενται στις υπηρεσίες που

αναπτύσσονται στο home network

Αύξηση όμως του ρυθμού με τον οποίο αυτές αναπτύσσονται.

3.13.2 Ανάλυση ΙΜS αρχιτεκτονικής

Τα δίκτυα επικοινωνιών εξελίσσονται γρήγορα βασισμένα κυρίως στα Packet

switched δίκτυα που προορίζονται για να παρέχουν καλής ποιότητας υπηρεσίες

στους συνδρομητές μειώνοντας τις δαπάνες των κύριων επεκτάσεων, των

διαδικασιών μεταγωγής δικτύων, και της διαχείρισης. Για τον εμπλουτισμό των

υπηρεσιών και την εφαρμογή των σύγχρονων αρχιτεκτονικών έχουν αναπτυχθεί οι

σύγχρονες δομές IMS.

Εδώ θα προσπαθήσω να εξετάσω την IMS από όλες τις γωνίες,

συμπεριλαμβανομένης και της τεχνολογίας. Θα ολοκληρώσω βέβαια με ένα βλέμμα

στο μέλλον των δικτύων τηλεπικοινωνιών, συμπεριλαμβανομένου του εντελώς

σύγχρονου AllIP δικτύου.

Η IMS, είναι μια τεχνολογία που βασίζεται σε ένα κοινό υπόβαθρο για όλες τις

εφαρμογές και τις υπηρεσίες.

Επίσης σημαντική είναι η μετάδοση φωνής μέσω του Internet ("VoIP"), κάτι που

ευνοεί την μετάβαση στην νέα τεχνολογία IMS. Ενώ, αρχικά η IMS τεχνολογία

συνδυάστηκε με το 3G δίκτυο ραδιοπρόσβασης θα πρέπει να εξετασθεί η μετάβαση

προς τα ΙΡ πρωτόκολλα και κυρίως το IPv6.

Επιπλέον, με την LTE τεχνολογία το δίκτυο ραδιοπρόσβασης θα λειτουργεί σχεδόν

ανεξάρτητα απο τον πυρήνα, και θα γίνεται χειρισμός της κινητικότητας μεταξύ των

eNBs με μια επίπεδη αρχιτεκτονική IP.



Τελικά η LTE (ή δυνητικά τα EVDO Rev C, WiMAX, κα) προβλέπει να ενοποιηθούν

όλα σε ένα κεντρικό δίκτυο IMS. Επιπλέον, οι πάροχοι τόσο μέσω καλωδίων όσο και

με ασύρματο δίκτυο θα είναι σε θέση να προσφέρουν ένα υψηλότερο βαθμό

ολοκλήρωσης μεταξύ υπηρεσιών οικιακής ψυχαγωγίας, επικοινωνίες δεδομένων και

ότι άλλο άλλο υπάρχει στο φάσμα της προσωπικής επικοινωνίας για τους

συνδρομητές.

Είναι δύσκολο να γίνει απόλυτη ανάλυση στη σύνθετη αρχιτεκτονική της IMS και

μάλιστα στα κατασκευαστικά στοιχεία. Αυτό που ακολουθεί όμως είναι μια υψηλού

επιπέδου περιγραφή της αρχιτεκτονικής της IMS. Το κύριο πρωτόκολλο για το IMS

είναι βασισμένο στο SIP.

Θα ήταν ίσως σκόπιμο εδώ να παραθέσω όλα τα components συγκεντρωτικά που

αποτελούν το ΙΜS. Αυτά είναι τα ακόλουθα:

Επίπεδο δικτύου

VoIP gateway

WLAN gateway

Border gateway

Signaling gateway

Media gateway

Control plane

HSS

Επίπεδο υπηρεσιών

Application servers

Media servers

Telephony servers

Billing

Support



Δομικά στοιχεία αρχιτεκτονικής ΙΜS:

P,I,S-CSCF

SBC

BGCF

MGCF

SGW

MRF

PDF/PEF

SPDF/A-RACF

SCIM

PCRF

HSS

SLF

Interfaces

Πρωτόκολλα στην ΙΜS:

Message Session Ready Protocol (MSRP)

Session Description Protocol (SDP)

Real-time Transport Protocol (RTP)

Domain Name Service (DNS)

Media Gateway Control Protocol (MEGACO)

Common Open Policy Service (COPS)

Real Time Control Protocol (RTCP)

Signaling Control Transport Protocol (SCTP)



IMS Εφαρμογές

SCIM σύνθετες υπηρεσίες

Services policy

IMS υπηρεσίες για κάθε καταναλωτή

Push-to-Talk στα κυψελωειδή (PoC)

FMC-UMA και VCC

IMS και WiMax

Virtual Network Operators (VNO): Μια νέα δομή μεταφορέων.

Εδώ κυρίως θα εξετάσω τις ακόλουθες οντότητες:

Την call/session control function (CSCF);

Την media gateway control function (MGCF);

Την breakout gateway control function

(BGCF);

Το media resource function (MRF) control

part, ή MRFC;

Την MRF processing part (MRFP);

Την media gateway (MG);

Την signaling gateway (SG).

Η κύρια subscriber database, που καλείται home subscriber server (HSS), είναι

κοινή στο circuit-switched domain, στο packet-switched domain, και στο IP

multimedia subsystem.



Εικόνα 3.22 Βασική IMS αρχιτεκτονική

Οι κόμβοι που αναφέρονται στην εικόνα, έχουν την ακόλουθη λειτουργικότητα:

Ο Ρ-CSCF (ΡΓΟΧΥ CSCF) αποτελεί το πρώτο σημείο επαφής του κινητού

τερματικού με τη περιοχή ΙΜS. Μόλις λάβει μήνυμα register από το κινητό

τερματικό (συνδρομητής), το προωθεί στον Ι -CSCF του οικείου δικτύου του

συνδρομητή (ο Ρ-CSCF μπορεί να προσδιορίσει το οικείο δίκτυο του

συνδρομητή χρησιμοποιώντας το ΙΜSΙ ή το SΙΡ URL του). Και ο Ι -CSCF

επικοινωνεί με τον S-CSCF (serving CSCF).

Ο S-CSCF χειρίζεται τις διάφορες καταστάσεις στις οποίες μπορεί να βρεθεί

μια σύνοδος μέσα σε ένα δίκτυο. Το στοιχείο αυτό έχει μεγαλύτερη

λειτουργικότητα από ότι ο ΡΓΟΧΥ Ρ-CSCF και ο Ιnterrogating CSCF (Ι –

CSCF) γιατί έχει πρόσβαση σε όλους τους πόρους που απαιτούνται για τη

παροχή υπηρεσιών πχ εξυπηρετητές video και media gateways.

Ο Ι -CSCF αποτελεί το σημείο επαφής με το δίκτυο κάποιου παρόχου για

όλες τις συνδέσεις ΙΜS οι οποίες προορίζονται για ένα συνδρομητή αυτού

του παρόχου καθώς επίσης και για όλες τις συνδέσεις ΙΜS οι οποίες

προέρχονται από ένα συνδρομητή αυτού του παρόχου (του οποίου αποτελεί

το οικείο δίκτυο) που βρίσκεται στην περιοχή εξυπηρέτησης άλλου παρόχου

(εκτελεί υπηρεσίες περιαγωγής). Ο Ι-CSCF ενός οικείου δικτύου, ανακτά



πληροφορίες για κάποιο συνδρομητή από το κόμβο ΗSS, χρησιμοποιώντας

LDΑΡ και τις κατανέμει στους Ρ- CSCF και S-CSCF Ι.

3.13.3 P-CSCF

Για να μπορεί ένας χρήστης να χρησιμοποιήσει υπηρεσίες της περιοχής ΙΜS ή για να

έχει την ικανότητα να δέχεται κλήσεις-συνόδους IΜS πρέπει πρώτα να εγγραφεί στο

δίκτυο. Αυτό γίνεται εφικτό μέσω ενός πληρεξούσιου εξυπηρετητή (Ρ -CSCF) είτε ο

χρήστης βρίσκεται στο οικείο του δίκτυο είτε όχι. Ο Ρ-CSCF όπως είπα, παρέχει

υποστήριξη συνόδων πολυμέσων αλλά επίσης ενεργεί και σαν firewall προς την

περιοχή ΙΜS. Το κινητό τερματικό αρχικά ενεργοποιεί ένα ΡDΡ context για σκοπούς

σηματοδοσίας και εγγραφής στο δίκτυο. Με τον τρόπο αυτό ανακτά - στατικά ή

δυναμικά - μια διεύθυνση IΡ και στέλνει μια αίτηση DNS στον τοπικό DNS

εξυπηρετητή (που βρίσκεται στον κόμβο GGSN) ο οποίος του αποκρίνεται με τη

διεύθυνση ΙΡ του P –CSCF.

3.13.4 Εγγραφή στην περιοχή ΙΜS σε επίπεδο εφαρμογής

(Aplication level Registration with IMS)

Με τη διαδικασία αυτή το κινητό τερματικό επιθυμεί να ενημερώσει την περιοχή ΙΜS

για την διεύθυνση ΙΡ που του έχει εκχωρηθεί κατά τη διάρκεια ενεργοποίησης του

ΡDΡ context. Η διαδικασία της εγγραφής επιτυγχάνεται μέσω μηνύματος SΙΡ-

Register το οποίο μεταφέρεται μέσω του επιπέδου χρήστη που έχει εγκατασταθεί

μετά την ενεργοποίηση του ΡDΡ context προς τον S-CSCF ο οποίος παίζει το ρόλο

της οντότητας SΙΡ Register.

3.13.5 Ενεργοποίηση υπηρεσίας (Service Activation)

Mετά την επιτυχή ολοκλήρωση των βημάτων που ανέφερα ο χρήστης μπορεί να

αρχικοποιήσει ή να αποδεχθεί μια σύνοδο SIP αποστέλλοντας ή λαμβάνοντας



μήνυμα SIP invite αντίστοιχα. Αξίζει να αναφερθεί ότι ο P-CSCF παίζει τον ρόλο του

SIP Proxy server.

3.13.6 IMS λειτουργικοί Κόμβοι - actual products

Δεδομένης της λειτουργικής δομής του IMS, θα προσπαθήσω να εξηγήσω πώς

γίνεται η αντιστοίχηση μεταξύ των λειτουργικών οντοτήτων και actual products.

Το αποτέλεσμα της υλοποίησης κάθε λειτουργικότητας αποτελεί ένα

διαχωρισμένο φυσικό κουτί, το οποίο μπορεί να είναι ένα σύνθετο σύστημα που

θα εξυπηρετεί την λειτουργία. Το πρώτο εμπορικό προϊόν ΙMS αναπτύχθηκε σε

μικρή κλίμακα και συνέχεια εξελισσόταν. Tο IMS της Ericsson που είναι το κύριο

προϊόν που χρησιμοποιείται, παρουσιάζει τις ακόλουθες ιδιότητες:

Χρησιμοποιεί την horizontally layered αρχιτεκτονική

Παρέχει ικανότητα κλιμάκωσης από το entry-level ολοκληρωμένο, στην high-

end (κατανεμημένη) διαμόρφωση. Χρησιμοποιεί μία διαμορφούμενη software

architecture (πχ. Διαχώρηση των S-CSCF, I-CSCF και των P-CSCF modules) που

επιτρέπει την υποστήριξη κατανεμημένων λύσεων.

Υλοποίηση του server στο TSP

Υλοποίηση της gateway και των λειτουργικοτήτων του user-plane στο CPP.

Εικόνα 3.23 actual products



Στην εικόνα 3.20 βλέπουμε ένα παράδειγμα IMS διαμόρφωσης. Το site παρέχει

πλήρη υποστήριξη στο IMS συμπεριλαμβάνοντας το video-conferencing και την

συνεργασία με το GSTNs. Επίσης παρέχει ένα τοπικό service execution

περιβάλλον στο CSCF.

Η εικόνα εμφανίζει επίσης long-term διαμορφώσεις που ενεργοποιούν την

εξυπηρέτηση ευρύτερων volumes από την IMS traffic. Σ’ αυτό το ειδικό σενάριο

μπορούμε να έχουμε διαφορετική πρόσβαση στις υπηρεσίες και στα gateway

sites. Τα προσβάσιμα sites υπάρχουν στον P-CSCF και προφανώς η I-CSCF

λειτουργικότητα εξυπηρετείται με το interface του UE καθώς οι forward sessions

προσαρτώνται στα εξυπηρετούμενα sites. Το gateway site εξυπηρετεί το interface

του εξωτερικού GSTNs.

Στην εικόνα 3.21 φαίνονται μόνο λίγες διαμορφώσεις. Μπορούν βεβαίως να

υπάρχουν πολύ περισσότερες για την εξυπηρέτηση όλων των δομών που μπορεί

να πάρει το IMS. Μπορούμε δηλαδή να δούμε πώς κάποιες εισερχόμενες δομές

{sites} διασυνδέονται μέσω routers με τα Home service sites.

Εικόνα 3.24 Υλοποίηση δομών IMS



Η I-CSCF λειτουργικότητα, που διαμορφώνει την είσοδο στο home network,

αποκρύπτει την εσωτερική τοπολογία του home network από τα άλλα δίκτυα και

παρέχει αποτελεσματικότητα στην επιλογή ενός S-CSCF. Ο S-CSCF διαμορφώνει

τον έλεγχο συνόδου για τον UE. Αυτός κάνει την δρομολόγηση των πραγματικών

συνόδων σε εξωτερικά δίκτυα καθώς και την δρομολόγηση των τερματικών

συνόδων στα επισκεπτόμενα δίκτυα. Ο S-CSCF επίσης αποφασίζει το πότε ένας

application server ζητά πληροφόρηση για μια SIP session για την επιβεβαίωση

της εξυπηρέτησης της κατάλληλης υπηρεσίας. Η απόφαση βασίζεται στην

πληροφόρηση που παίρνει από την HSS ή από άλλη πηγή, όπως ο application

server. Όλες οι CSCF λειτουργικότητες μπορούν να παράγουν κλήσεις και

λεπτομερείς εγγραφές για την εισαγωγή της charging διαδικασίας.

Η HSS, η οποία είναι μια εξέλιξη της home location register (HLR) και του

authentication center (AUC), κρατά το profile του χρήστη καθώς και τα track με

τα οποία ο core network κόμβος, εξυπηρετεί τον τρέχοντα χρήστη. Υποστηρίζεται

βέβαια το authentication του χρήστη καθώς και οι authorization

λειτουργικότητες (AAA). Στα δίκτυα με περισσότερες από μία HSS, η subscriber

location function (SLF) παρέχει πληροφόρηση στον HSS που περιλαμβάνει και

το προφίλ του χρήστη.

Η media resource function (MRF), που περιλαμβάνει τις λειτουργικότητες για

επεξεργασία των multimedia streams, υποστηρίζει πολλαπλές multimedia

services, multimedia message playback και media conversion services. Η 3G

Partnership Project (3GPP) έχει διαχωρίσει την MRF σε ένα control μέρος

(MRFC) και σε ένα επεξεργαστικό μέρος (MRFP). Στην επόμενη εικόνα φαίνεται

ένα σενάριο γενικά στο οποίο μια multimedia σύνοδος, διασυνδέεται με ένα

switched τηλεφωνικό δίκτυο (GSTN).



Εικόνα 3.25 Διασύνδεση ΙΜS με ένα δίκτυο GSTN

Tο BGCF επιλέγει το δίκτυο στο οποίο η συνεργασία θα είναι βέλτιστη. Εφόσον

αυτό μπορεί να γίνει με το home network, το BGCF επιλέγει έναν MGCF.

Εφόσον η συνεργασία είναι καλή με άλλο δίκτυο, το BGCF επιλέγει άλλο BGCF, ή

ένα MGCF.

Tο MGCF παρέχει λειτουργικότητες για interworking μεταξύ μιας SIP συνόδου

ελέγχου σηματοδοσίας IMS και της ISUP/BICC κλήσης ελέγχου σηματοδοσίας

από ένα εξωτερικό GSTN δίκτυο. Επίσης ελέγχει την media gateway που παρέχει

την actual user-plane λειτουργικότητα interworking (π.χ για μετατροπή μεταξύ

της AMR- και της PCM-κωδικοποιημένης φωνής). Η signaling gateway παρέχει

interworking functionality στο φορέα, για την σηματοδοσία ελέγχου, (ISUP/IP Ð

ISUP/TDM).

3.13.7 Υπηρεσίες

Η 3GPP έχει προσδιορίσει την IMS architecture αλλά τα πρωτόκολλα θα

καθοριστούν από την Internet Engineering Task Force (IETF). Η IMS

ενεργοποιεί την μετατροπή και την πρόσβαση από voice, video, messaging και

IGSN



δεδομένα και τις Web-based τεχνολογίες για τον ασύρματο χρήστη. Τα κύρια

εργαλεία για την IMS που παρέχουν αυτές τις υπηρεσίες είναι:

peer-to-peer addressing architecture για τις IP-based συνόδους

Βέλτιστη ολοκλήρωση σε κάθε τύπο μέσου, σε σύνοδο

Ολοκλήρωση με κάθε άλλη IP εφαρμογή, όπως οι RTSP, HTTP

Και η end-to-end QoS αρχιτεκτονική charging και ασφάλειας.

Αν και η IMS κυρίως βασίζεται σε client-to client υπηρεσίες, τα εργαλεία αυτής

μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την διευκόλυνση και τον εμπλουτισμό των

client-server υπηρεσιών. Αν και επιπροσθέτως παρέχονται real-time services

(όπως το video-conferencing), η IMS παρέχει non real-time services (όπως τα

αμετάβλητα μηνύματα). Αντίθετα προς τα second-generation συστήματα, όπως

το GSM, οι ειδικές IMS υπηρεσίες δεν είναι standard. Η 3GPP έχει μερικώς

προσδιορίσει την αρχιτεκτονική του framework και των δυνατών να

χρησιμοποιηθούν υπηρεσιών. Οι ενεργές υπηρεσίες έχουν υλοποιηθεί από τους

διαχειριστές του δικτύου. Επιπλέον με τις αρχές της IETF τα endpoints του

συστήματος, έχουν αρκετή ευφυΐα και υποστηρίζουν υπηρεσίες με μικρή ή και

καμία βοήθεια από το δίκτυο.

Για την υποστήριξη αυτών των υπηρεσιών, που μπορεί να είναι network-

controlled ή network-assisted, η 3GPP έχει προσδιορίσει ένα IMS περιβάλλον

δημιουργίας. Tα χαρακτηριστικά του S-CSCF και του HSS σε ένα ή περισσότερα

vertical service creation interface, και η 3GPP δυνατότητες περιλαμβάνονται στο

MRFC. Στο οριζόντιο interface, μπορεί να εφαρμοστεί ένα σενάριο στο οποίο το

S-CSCF να δρομολογεί τον έλεγχο του user plane σε έναν εξωτερικό server

εφαρμογών. Τότε ο application server έχει πλήρη έλεγχο πάνω στην

δρομολόγηση των συνόδων και στα media. Στην εικόνα 3.17 δίνεται μια πλήρη

εικόνα των 5 σεναρίων εκτέλεσης υπηρεσιών:



Εικόνα 3.26 Εξυπηρέτηση υπηρεσιών χρηστών

a) Η κεντρική λειτουργικότητα εξυπηρέτησης βρίσκεται στον user equipment

(UE). Tο core network μπορεί να παρέχει βοήθεια σε ορισμένες value added

υπηρεσίες, όπως video-phone σύνοδοι μεταξύ δύο χρηστών.

b)Tο core network περνά τον έλεγχο διαμέσου του horizontal interface στον

application server. Παράδειγμα μια gaming session.

c) Tο core network περνά τον έλεγχο διαμέσου του vertical interface στον

application server. Μετά τον έλεγχο μιας συνόδου επιστρέφει στο core network,

και η σύνοδος έχει εγκατασταθεί στον τερματικό user equipment. Παράδειγμα

μια σύνοδος φωνής με session με προώθηση.



d) Tο core network προωθεί τον έλεγχο της συνόδου διαμέσου του vertical

interface στον application server. Όταν ο έλεγχος έχει επιστρέψει στο core

network, η σύνοδος περνά σε άλλον another application server. Παράδειγμα μια

a gaming session στην οποία το δίκτυο εξυπηρέτησης ανιχνεύει τον closest

gaming server.

e) Η κεντρική σύνοδος τρέχει μεταξύ του user equipment. Επιπρόσθετα

υπάρχουν μία ή περισσότερες σύνοδοι που τρέχουν μεταξύ του user equipment

και του service network. Ο user equipment διαχειρίζεται αυτές τις πολλαπλές

συνόδους. Παράδειγμα μια voice session στην οποία και οι δύο clients βλέπουν το

ίδιο streaming video.



Κεφάλαιο 3ο ΜΕΡΟΣ Ε

Υλοποίηση ενός καθαρού ΙΡ δικτύου κορμού 3.14 IP connectivity

Τα πιο πολλά κινητά δίκτυα, έχουν υιοθετήσει τις packet based τεχνολογίες. Τα

περισσότερα IP δίκτυα, έχουν εισάγει τεχνολογίες από το intranet όταν οι WAP

servers χρησιμοποιούν τις GPRS τεχνικές. Την ίδια στιγμή πολλά δίκτυα

χρησιμοποιούν τα asynchronous transfer mode (ATM) δίκτυα κορμού για τον

περιορισμό του κόστους των παραδοσιακών υπηρεσιών φωνής. Στο προσεχές

μέλλον θα υπάρχει μια synchronous digital hierarchy (SDH) στο IP με την

wavelength division multiplexing (WDM). Επίσης σήμερα δεν είναι μεγάλο το

περίσσευμα της χωρητικότητας στα οπτικά δίκτυα. Η ανάπτυξη λύσεων

βασισμένων στο Ethernet, το SDH στο layer 2 μπορούν να αποδώσουν μεγάλο

περιορισμό στο κόστος. Για την πραγματοποίηση αυτού, πρέπει να

χρησιμοποιούμε την packet-based αρχιτεκτονική.

Η επιλογή της έκδοσης του πρωτοκόλλου που θα υποστηρίζεται από το UMTS

δίκτυο, ίσως να αφεθεί στην κρίση του διαχειριστή του δικτύου. Είναι λογικό ότι

η κρίση των διαχειριστών θα επηρεαστεί από την διαθεσιμότητα των IP

διευθύνσεων, την υποστήριξη που θα παρέχεται από την βιομηχανία, από την

πληρότητα του κάθε πρωτοκόλλου και τα λοιπά. Όμως, η άποψή τους θα

διαμορφωθεί και από την γνώμη άλλων διαχειριστών: δηλαδή αν πολλοί

διαχειριστές αποφασίσουν να τραβήξουν προς το Ipv6, αυτό θα δημιουργήσει

προώθηση προς καθαρά Ipv6 δίκτυα.



3.14.1 IP-αρχιτεκτονική στο core network

Στο IP-based WCDMA/GSM core network, όλα τα στοιχεία του κεντρικού

δικτύου χρησιμοποιούν τις υπηρεσίες σύνδεσης της δομής IP τόσο για τα

δεδομένα όσο και την σηματοδοσία. Το βασικό component της IP δομής, είναι

ένα IP backbone δίκτυο, που χρησιμοποιείται από το κοινό δίκτυο κορμού για τις

WCDMA/GSM υπηρεσίες, ISP ή fixed network υπηρεσίες, όπως βλέπουμε στην

εικόνα 3.20.

Εικόνα 3.27 Παρεχόμενες υπηρεσίες πάνω σε ΙΡ Δομή.

Η επιτυχία είναι να προσδιορίσουμε ένα IP με πλήρη ασφάλεια, ανθεκτικότητα,

QoS, και διπλή υποστήριξη στα IPv3/IPv6 και με όλα τα άλλα δικτυακά

πλεονεκτήματα.

3.15 Το mobile packet backbone

Η βασική δομή IP κατασκευάζεται με δύο βασικές βαθμίδες: Την backbone

βαθμίδα, που χρησιμοποιείται για την μεταφορά της πληροφορίας μεταξύ των

sites, και την βαθμίδα δομής του site η οποία εξασφαλίζει την απαραίτητη IP



συνδεσιμότητα με τα στοιχεία του core network στο site. Κάθε στοιχείο της IP

δομής, προσαρμόζεται στην backbone βαθμίδα, διαμέσου των edge routers, που

εξυπηρετούν την συσσώρευση της κυκλοφορίας μεταξύ του τοπικού IP δικτύου

και του backbone IP δικτυακού domain. Tο backbone IP δίκτυο είναι ένα

κοινόχρηστο δίκτυο, που διασυνδέει όλα τα στοιχεία με τα άλλα δίκτυα

εξυπηρέτησης. Η IP βαθμίδα backbone παρέχει μια wide-area IP συνδεσιμότητα,

στα sites. Αυτό είναι σχεδιασμένο για απλή high-speed packet μεταφορά και

είναι τυπικά αποτελούμενο από μεγάλους backbone routers που διασυνδέονται

με ταχύτατες συνδέσεις. Εδώ υποθέτω ότι το ΙΡ backbone λειτουργεί σαν single

operator. Οι routers υποστηρίζουν διαφορετικές τάξεις υπηρεσιών και επιπέδου

3 VPNs. Επίσης υποστηρίζουν την layer-2 υπομονάδα, που μπορεί να

χρησιμοποιηθεί παράλληλα με την IP traffic για να μεταφέρει το Frame Relay ή

το ATM μεταξύ των στοιχείων. Η IP βαθμίδα υποστηρίζει την διασύνδεση IP με

τα κυριότερα WCDMA/GSM στοιχεία του δικτύου. Κάθε site έχει μια τοπική

δομή IP που συνδέει τα κυριότερα στοιχεία στο site και εξυπηρετεί τον σύνδεσμο

με το IP backbone δίκτυο, διαμέσου των edge routers. Η δομή του στοιχείου site

χρησιμοποιεί τυπικά τις γνωστές τεχνολογίες του Fast Ethernet, Gigabit

Ethernet, και των LAN switches τα οποία κάνουν χρήση των τεχνικών εικονικού

LAN, (VLAN). Η ΙΡ δομή του site είναι διπλή για να εξασφαλίζει πλήρη

διαθεσιμότητα. Οι edge routers συνδέουν το IP network στο IP backbone. Αυτοί

τέλος ανήκουν στο IP network domain και στο IP backbone domain, και

συμμετέχουν στα routing protocols και στα δύο domains. Οι edge routers

περιέχουν εξελιγμένες λειτουργικότητες (π.χ. MPLS LER, 2557bis, BGP, και

filtering) για να προσδιορίζουν την συμφωνία μιας υπηρεσίας μεταξύ του site του

IP network και του IP backbone. Το site τυπικά χρησιμοποιεί ένα ζεύγος από

edge routers συνδεδεμένους σε διαφορετικά core routers στο IP backbone.

Tο δίκτυο κορμού Mobile Packet Backbone Network (Mobile-PBN) είναι μια

κλιμακωτή αρχιτεκτονική που υποστηρίζει και το Circuit Switched και το Packet

Switched μέρος του κεντρικού δικτύου. Η Mobile-PBN παίζει καθοριστικό ρόλο

στην διευκόλυνση της μετατροπής της packet μετάδοσης για ολόκληρο το δίκτυο.

Ενώ η μετάδοση είναι μια πολύ σημαντική ιδιότητα της Mobile-PBN



αρχιτεκτονικής, παρέχει επίσης επιπρόσθετη λειτουργικότητα στο κεντρικό

δίκτυο.

Συμπερασματικά, η αρχιτεκτονική του Mobile-PBN:

• Είναι μια αρχιτεκτονική κορμού για τα GSM και WCDMA δίκτυα για τον έλεγχο

του φόρτου επικοινωνίας.

• Είναι μια αρχιτεκτονική επίσης για εταιρική πρόσβαση ISP διασυνδέσεις

• Επιτρέπει την περιαγωγή των συνδέσεων

• Είναι πολύ ασφαλής για ολόκληρο το κεντρικό δίκτυο

• Οι λειτουργικοί κόμβοι χρησιμοποιούνται από ολόκληρο το δίκτυο, όπως οι DNS

και οι RADIUS servers.

• Είναι μια O&M λύση μεταφοράς (που περικλείει FM, PM, CM, charging και LI

κυκλοφορία)

• Οι O&M εφαρμογές για τα Mobile-PBN προϊόντα ( όπως η Mobile-PBN

Management Suite), Mobile-PBN καλύπτουν τις τεχνολογικές απαιτήσεις του

δικτύου για τους κόμβους ελέγχου και των δύο δικτύων GSM και WCDMΑ.

Για να εξασφαλίσουμε πλήρη λειτουργικότητα, σχεδιάζεται ένα δίκτυο

αναφοράς, για ολόκληρο το δίκτυο κορμού και χρησιμοποιείται σαν μέρος του

Mobile-PBN δικτύου. Το αποτέλεσμα είναι ένας ξεκάθαρος σχεδιασμός για κάθε

κόμβο του δικτύου, που παρέχει σύνδεση σε όλους τους κόμβους στο δίκτυο

κορμού, με την βοήθεια και των εξωτερικών κόμβων όπου κρίνεται απαραίτητο.

Ένα απαραίτητο μέρος του Mobile-PBN δικτύου είναι αυτή η λειτουργικότητα

που σχεδιάζεται σε διαφορετικά modules. Αυτά μπορούν να λειτουργούν και

ανεξάρτητα. Αυτή η modular αρχιτεκτονική βελτιώνει την δομή και την απόδοση

του δικτύου σχεδιασμού και καθίσταται ευκολότερος ο υψηλού επιπέδου

σχεδιασμός του με την βοήθεια του Mobile-PBN.

Το τμήμα του δικτύου κορμού ενός Mobile-PBN σχεδιάζεται με τις προοπτικές

των γνωστών δικτύων, του WCDMA και του GSM. Έτσι έχει στοιβαρότητα,

υπηρεσίες ασφάλειας κατά την μεταφορά, μικρή αδράνεια και υψηλή

διαθεσιμότητα. Tο δίκτυο κορμού χρησιμοποιείται για τις συνδέσεις των mobile

core sites καθώς και τις συνδέσεις των εξωτερικών δικτύων, WCDMA RAN,



εταιρικών δικτύων, δικτύων εξυπηρέτησης του Internet καθώς και GRX δικτύων.

Ο σχεδιασμός αυτός επιτρέπει την εκτέλεση πάρα πολλών λειτουργιών, ώστε να

λέγεται το δίκτυο κορμού, Multiservice backbone.

Το Mobile-PBN έχει μια αρχιτεκτονική και για το IP και το IP/ATM backbone.

Μερικά χαρακτηριστικά της backbone αρχιτεκτονικής στο Mobile-PBN είναι τα

ακόλουθα:

• Υποστήριξη για QoS στο IP backbone με την χρήση διαφορικών υπηρεσιών και

ειδικών routers.

• Υποστήριξη στην Sigtran (SS7/IP) μεταξύ των κινητών κόμβων του δικτύου.

• Νέος σχεδιασμός για την υποστήριξη της Iur συνδεσιμότητας και μεταφοράς

μεταξύ των RNCs

• Εμπλουτισμένος σχεδιασμός επιπέδου 2 VPN με την χρησιμοποίηση standard

πρωτοκόλλων

• Υποστήριξη για την GSM split αρχιτεκτονική με το απομακρυσμένο A-interface.

Αυτό κάνει την GSM επικοινωνία δυνατή και στα δύο δίκτυα καρμού, στο IP και

στο IP/ATM backbone. Συμπεριλαμβάνει υποστήριξη για την IP επικοινωνία στο

CS user plane (Nb over IP μεταξύ των M-MGws).

Στην εικόνα που ακολουθεί, βλέπουμε το packet backbone δίκτυο.

Εικόνα 3.28 Mobile-PBN



Συνδέσεις Roaming

Το Mobile-PBN περιλαμβάνει την δυνατότητα για εξυπηρέτηση της κίνησης από

περιαγωγή πάνω στο Gp interface. Αυτό καλύπτει και τις δύο περιπτώσεις

κυκλοφορίας, άμεσα από άλλους operators, πάνω σε dedicated συνδέσεις, ή

διαμέσου των IPSec tunnels, καθώς η roaming κυκλοφορία, αποστέλλεται πάνω

από τα GRX δίκτυα.

Τα κύρια επιπλέον στοιχεία στα Mobile-PBN R3 είναι τα πολλαπλά σημεία

πρόσβασης στα δίκτυα περιαγωγής που υποστηρίζονται. Αυτό αυξάνει την

αυτοδυναμία του σχεδιασμού και βελτιστοποιεί την κυκλοφορία, περιορίζοντας

τις καθυστερήσεις.

Λειτουργικοί Κόμβοι

Το Mobile-PBN περιλαμβάνει έναν αριθμό από κόμβους οι οποίοι απαιτούνται

για την εξασφάλιση πλήρους λειτουργικότητας στα GSM και στα WCDMA

δίκτυα. Αυτοί οι κόμβοι μπορεί να είναι DNS/DHCP server, RADIUS server και

NTP server.

Ασφάλεια

Κατά τον σχεδιασμό στην κατασκευή του Mobile-PBN δικτύου χρησιμοποιούνται

για την ασφάλεια πολύ αυστηρές προδιαγραφές. Ο σχεδιασμός βασίζεται στον

καθαρό διαχωρισμό μεταξύ των ζωνών ασφαλείας, καθεμία από τις οποίες μας

προσφέρει διαφορετικό επίπεδο.

Η κεντρική βελτίωση στο Mobile-PBN R3 υποστηρίζει την ασφάλεια μεταφοράς

στην IPSec για το O&M και νόμιμη διακοπτόμενη κυκλοφορία. Από την

αρχιτεκτονική του δικτύου, προκύπτει ότι τα IPSec tunnels δημιουργούνται και

προστατεύουν την original επικοινωνία από τους κόμβους.



Support Domain- Lawful Interception

H Lawful interception είναι η διαδικασία η οποία επιτρέπει την παρακολούθηση

διάφορων ενεργειών των end-users στο packet switched service περιβάλλον.

Η Ericsson έχει υλοποιήσει μια συνολική αρχιτεκτονική δικτύου για την Lawful

Interception στα GSM και WCDMA συστήματα. Αυτή βασίζεται σε απαίτηση δύο

κεντρικών πόρρων:

• Των GSM/WCDMA ETSI και 3GPP Standards

• National Regulatory Bodies

Η Lawful Interception υλοποιείται στα κεντρικά δίκτυα, στο GSM και στο

WCDMA στους ακόλουθους κόμβους:

• MSC

• SGSN

• M-MGw

• GGSN

• HLR/AUC

Υπάρχει επίσης το αντίστοιχο Lawful Interception (LI) software με τις Intercept

Access Functions (IAF) στους κόμβους, σε συνδυασμό με την Centralized

Management και Delivery Function (LI-IMS), Law Enforcement Monitoring

Facilities (LEMF), και το δίκτυο το οποίο διασυνδέει αυτά μεταξύ τους.

Περιγραφή δικτύου

Τα διαφορετικά τμήματα του LI-δικτύου είναι διασυνδεδεμένα, με την

χρησιμοποίηση τριών δικτύων: Tου Operator data network, του Public data

network, και των Public ISDN ήTCP/IP δικτύων. Tο Operator δίκτυο δεδομένων,

χρησιμοποιείται για την διασύνδεση κάθε Network Element (NE) στο κοινό LI-



IMS. Tο Public δίκτυο δεδομένων διασυνδέει το LI-IMS στις διαφορετικές

agencies. Αυτά τα δύο δίκτυα υλοποιούνται σαν

VPNs. Αυτό μπορούμε να παρατηρήσουμε στην επόμενη εικόνα.

Εικόνα 3.29 Tο Public δίκτυο διασυνδέει το LI-IMS στις agencies

Tο Public ISDN δίκτυο ή το TCP/IP δίκτυο χρησιμοποιούνται για την μεταφορά

της ουσιαστικής επικοινωνίας στις Agencies.

3.16 Υλοποίηση με sites

Στον σχεδιασμό ενός πρακτικού δικτύου, οι φυσικές οντότητες

κατηγοριοποιούνται σε sites. Τα sites εξαρτώνται από τον τύπο τους, και από τον

ρόλο τους στο δίκτυο. Για το core network, τρεις τύποι site μπορούν να καλύψουν

τις απαιτήσεις του διαχειριστή. Οι άλλοι τύποι μπορούν να διαμορφωθούν για

άλλες ειδικές συνθήκες.



Εικόνα 3.30 Υλοποίηση ενός καθαρού ΙΡ δικτύου κορμού.

Τα τρία είδη των sites, είναι τα ακόλουθα:

Το primary site που περιλαμβάνει ένα πλήρες set από τις απαιτούμενες

λειτουργικότητες για το WCDMA/GSM, όπως (control servers, media

gateways,GPRS κόμβους υποστήριξης και τον IGSN, και radio access Ελεγκτές

δικτύου). Το primary site μπορεί επίσης να περιλαμβάνει και μία service network

configuration. Για την κατανομή του πλεονάζοντος φορτίου, το δίκτυο μπορεί να

περιλαμβάνει πολλά primary sites.

Tο secondary site που περιλαμβάνει τις media gateways, τους GPRS

κόμβους υποστήριξης, και τους radio access network controllers . Εφόσον είναι

απαραίτητο μπορεί να περιλαμβάνει και peering διασυνδέσεις με άλλα δίκτυα.

Το concentrator site, που περιλαμβάνει τις media gateways και τους radio

access controllers, που χρησιμοποιούνται για το συγκεντρωμένο φορτίο load που

υπάρχει σε ένα δίκτυο. Οι Peering συνδέσεις με άλλα δίκτυα μπορούν να γίνουν

από οποιοδήποτε site.



Στην εικόνα 3.28 φαίνεται επίσης η αντιστοίχηση των διαφορετικών τύπων site

στο IP backbone. Tο primary site είναι το πιο απαραίτητο. Στην πραγματικότητα

ένα πλήρες δίκτυο μπορεί να χτιστεί αποκλειστικά με primary sites. Η εικόνα

3.28 δείχνει ένα τέτοιο παράδειγμα.

Εικόνα 3.31 Υλοποίηση ενός ΙΡ δικτύου κορμού με primary sites

3.17 Logical networks

Διαφορετικοί τύποι πληροφορίας διακινούνται μεταξύ διαφορετικών στοιχείων

του δικτύου. Διαφορετικοί τύποι δικτύων όπως STM/TDM, ATM, IP και SS7

χρησιμοποιούνται για την εξυπηρέτηση της ροής, κάθε ένα με καλό QoS αλλά

μικρή συνδεσιμότητα μεταξύ των δικτύων. Έτσι έχουμε πλήρη διαχωρισμό της

κυκλοφοριακής ροής. Στην περίπτωση ενός multiservice IP δικτύου, η ΙΡ δομή

πρέπει να είναι ικανή να διαχειρίζεται την ροή αυτή. Για να διευκολύνουμε αυτόν

τον διαχωρισμό και για καλύτερο QoS, το WCDMA/GSM core network είναι

διαιρεμένο σε θεμελιώδη μέρη λογικών δικτύων.



Κάθε τέτοιο δίκτυο περικλείει ένα είδος κυκλοφοριακής ροής μεταξύ του set των

λειτουργικών οντοτήτων των WCDMA/GSM λειτουργικών στοιχείων. Αυτές οι

οντότητες ανήκουν στα WCDMA/GSM στοιχεία δικτύων και σε διαφορετικά

sites. Για την υποστήριξη των logical networks η IP υποδομή διαμορφώνεται σε

διαφορετικά virtual networks. Τα logical networks έχουν υλοποιηθεί σαν virtual

networks. Ανάλογα με τις απαιτήσεις για υποστήριξη των λογικών δικτύων τα

virtual networks μπορούν να έχουν πολλές δυνατότητες στο site και στην

backbone IP υποδομή.

3.17.1 Αντιστοίχιση των logical networks σε VPNs

Τα λογικά δίκτυα μπορούν να ομαδοποιηθούν σύμφωνα με τα ιδιαίτερα

χαρακτηριστικά τους σε Virtual Networks. Τα χαρακτηριστικά αυτά μπορεί να

είναι: Η ασφάλεια, η ευελιξία, το QoS, και το scaling. Αυτό βοηθά τους operators

να αποφασίσουν ποιά VPN τεχνολογία θα εφαρμόσουν για κάθε δίκτυο. Η εικόνα

3.29 δείχνει μια πιθανή υλοποίηση.

Εικόνα 3.32 Εξυπηρέτηση και αντιστοίχιση των logical networks σε VPNs



Εδώ τα BGP/MPLS IETF RFC 2557 bis χρησιμοποιούνται για τον διαχωρισμό

των logical networks σε layer-3 VPNs στο backbone. Τα εικονικά LAN tagging

αποδίδουν παρόμοια χαρακτηριστικά με ένα ATM δίκτυο και παρέχουν στον

operator καλά εργαλεία για τον έλεγχο των διαφορετικών traffic flows διαμέσου

του IP network. Τα information flows μπορούν να κρυπτογραφηθούν

χρησιμοποιώντας IPSec στους client nodes ή IPSec VPNs μεταξύ των edge

routers.

3.18 Πολυπλοκότητα και ευελιξία του δικτύου

Για την πολυπλοκότητα του δικτύου, οφείλουμε να ακολουθήσουμε τους

ακόλουθους κανόνες:

Η IP υποδομή όπως είναι το site στο IP δίκτυο αλλά και το IP backbone

δίκτυο μπορεί να διαμορφωθεί για την υποστήριξη διάφορων paths

Πρέπει να παρέχεται πολλαπλή πρόσβαση στην δομή αυτή.

Τα κυριότερα πρωτόκολλα δρομολόγησης στο ΙΡ backbone δίκτυο, είναι τα OSPF

ή IS-IS και το BGP-5. Επί του παρόντος, στα μεγάλα δίκτυα αιτούνται λίγα

δευτερόλεπτα για να μετατραπούν τα link state protocols, όπως το open shortest

path first (OSPF) και το IS-IS. Αυτός ο χρόνος είναι πάρα πολύς στην την time-

critical WCDMA/GSM κυκλοφορία.

Επίσης για να περιορίσουμε τους fail-over χρόνους σε 50 ms ή λιγότερο δεν

πρέπει μεμονωμένα να χρησιμοποιούμε την layer-3 αρχιτεκτονική στο IP

backbone. Μια λύση είναι να βασιστούμε στους θεμελιώθεις SDH μηχανισμούς.

Μια άλλη είναι η χρήση του MPLS με πλεόνασμα δευτερευόντων LSPs καθώς

και την χρήση γρήγορων MPLS μηχανισμών επανεκπομπής. Tο OSPF

πρωτόκολλο με το equal cost multipath routing (ECMP) είναι μια προτεινόμενη

μέθοδος για την εφαρμογή της network provided



multipath αρχής στο site της IP υποδομής. Το ECMP κατανέμει την κυκλοφορία

μεταξύ των multiple paths, μεταξύ των routers και επιτρέπει το γρήγορο fail-

over.

3.19 Quality of service

Οι δυνατότητες για QoS στην IP δομή, υλοποιούνται με την χρήση ελέγχου

εισόδου (admission control), και differential services (DiffServ or S).

3.20 Overprovisioning

Μέσα στο site, το over provisioning προσφέρει απλή διαχείριση και έναν

φθηνότερο τρόπο για την διασφάλιση της QoS. Το σημείο που κάνει το over

provisioning μπορεί να περιοριστεί σε σχέση με το πόσο πολύπλοκος είναι ο

μηχανισμός του ελέγχου.

3.21 Admission control

Πολλοί μηχανισμοί χρησιμοποιούνται για τον έλεγχο της ανερχόμενης

κυκλοφορίας που εισέρχεται στο IP backbone. Ο έλεγχος εισόδου

πραγματοποιείται στις αρχές του δικτύου και προστατεύει το δίκτυο από το

ενδεχόμενο της υπερφόρτωσης. Υπάρχουν τρεις κύριοι τρόποι για τον έλεγχο της

εισερχόμενης κυκλοφορίας:

admission control στους client κόμβους

παρακολούθηση του εξωτερικού interfaces

παρακολούθηση των εσωτερικών interfaces.

Στην πραγματικότητα κάθε κόμβος απαιτεί admission control όπως ο GSN, ο

MGW, και οι O&M κόμβοι.



Ο admission έλεγχος μπορεί να γίνεται με διαφορετικούς τρόπους και

αλγορίθμους. Μπορεί και το trunk-based μοντέλο να χρησιμοποιηθεί για τον

έλεγχο της φωνητικής κυκλοφορίας στις media gateways.

3.22 Διαφορικές υπηρεσίες

Για την βελτίωση του QoS οι διαφορικές υπηρεσίες αποτελούν τον θεμέλιο λίθο

στην διαχείριση της ποιότητας στο IP layer. Οι σημαντικότερες εφαρμογές στους

client κόμβους καθώς και οι end-user εφαρμογές στους clients και στα τερματικά

μαρκάρουν τα IP πακέτα. Τα παραδείγματα των εφαρμογών στους client

κόμβους είναι οι ISDN εφαρμογές στις media gateway, οι GTP encapsulation

λειτουργικότητες στους κόμβους SGSN/GGSN, καθώς και οι SIGTRAN

εφαρμογές στην HLR. Για να υπάρξει διαφοροποίηση μεταξύ της ανεξάρτητης

κυκλοφορίας , αρκετοί DiffServ per-hop behaviors

(PHB). Έτσι λοιπόν η tunneling κυκλοφορία μεταξύ των GTP, DSCP στους SGSN

και GGSN κόμβους ακολουθεί τους επόμενους κανόνες:

Το DSCP στην end-to-end IP κεφαλίδα, μπορεί να διαμορφωθεί από τον

UE.

Στο uplink αυτή η ρύθμιση μπορεί να γίνει από τον GGSN σε συμφωνία με

το PDP context (APN) όταν το DSCP προηγείται του Gi.

Tο DSCP στην εξωτερική IP κεφαλίδα, τίθεται σύμφωνα με το PDP

context (APN) στον SGSN (uplink and downlink) καθώς και για τον GGSN

(downlink).

Οι διαφορικοί routers διαμορφώνονται για τον προγραμματισμό και την

απόδοση προτεραιοτήτων στα πακέτα κυκλοφορίας σύμφωνα με το σχετικό

DSCP.

Κεφάλαιο 3ο Συμπεράσματα


Κεφάλαιο 3ο ΜΕΡΟΣ ΣΤ

Μεθοδολογία παρουσίασης - Συμπεράσματα

3.23 Μεθοδολογία παρουσίασης - Συμπεράσματα

Στην εργασία αυτή ασχολήθηκα από την αρχή διεξοδικά με την

παρουσίαση του συστήματος UMTS σε όλες τις εκδόσεις του. Έχω επίσης

μελετήσει και το air interface του δικτύου καθώς και όλους τους κόμβους και τα

componets που το απαρτίζουν. Αυτό ήταν το πρώτο και βασικό πράγμα που

ήθελα να κάνω, όταν ξεκινούσα την μελέτη αυτή.

Ξέρετε, για το UMTS υπάρχει πάρα πολλή βιβλιογραφία και πανεπιστημιακές

εργασίες, τα οποία όμως αντιμετωπίζουν επιμέρους κάποιο θέμα. Έτσι για να

αποκτήσει κάποιος μια σφαιρική αντίληψη, πρέπει να διαβάζει επί μήνες. Αυτό

έκανα και εγώ με κύριο μέλημά μου να συγκεντρώσω όσο περισσότερα στοιχεία

μπορούσα για την αρχιτεκτονική και την λειτουργία του δικτύου και να τα

παρουσιάσω στην μελέτη αυτή συγκεντρωτικά.

Αφού κατάφερα να ολοκληρώσω αυτό το μεγάλο βήμα, προέβην στην ανάλυση

του air interface του WCDMA και των πρωτοκόλλων που χρησιμοποιούν τα

δίκτυα που σχεδιάζονται τώρα. Βέβαια αυτό το χωρίο το αντιμετώπισα μέχρι ένα

σχετικό βάθος, επειδή έδωσα βάση στην ανάλυση του δκτύου πυρήνα –core

network, κυρίως στην νεότερη σχεδίασή του.

Μετά ασχολήθηκα στο δεύτερο κεφάλαιο, με τα mobile IP πρωτόκολλα

και τις δυνατότητες που μπορούν να προσφέρουν. Παράλληλα αναφέρω τις

βασικές αρχές λειτουργίας του TCP και των επιπέδων του OSI. Αυτό ήταν

αναγκαίο για να πάρω μια εικόνα της λειτουργίας αυτών που χρησιμοποιούνται

άμεσα σήμερα και για να περάσω στο κύριο μέρος της ανάλυσής μου, στην

σχεδίαση του κεντρικού δικτύου και του backbone core network βασισμένου στα

ΙΡ πρωτόκολλα.

Στην συνέχεια μελέτησα τις νεότερες εκδόσεις του UMTS και θέλησα να

αναλύσω όσο μπορούσα το μελλοντικό Αll ip δίκτυο 4ης γενιάς που έχει αρχίσει



να υλοποιείται. Έτσι προσέγγισα με μεγάλη λεπτομέρεια τις περιπτώσεις και τα

σενάρια που αυτό θα ακολουθήσει κατά την εφαρμογή του. H κύρια τάση που

επικρατεί είναι να συνενωθούν τα γνωστά PS – CS τμήματα του κεντρικού

δικτύου πυρήνα, σε ένα ενιαίο δίκτυο, που βασίζεται εξ ολοκλήρου στο ΙΡ.

Μάλλον θα συνυπάρχουν τρεις τύποι κινητών τερματικών τρίτης γενιάς: αυτά

που θα υποστηρίζουν τη μεταγωγή κυκλώματος, αυτά που θα υποστηρίζουν τη

μεταγωγή πακέτου, και αυτά που θα υποστηρίζουν και τα δύο είδη μεταγωγής.

Στη ραδιοδιεπαφή θα πρέπει να υποστηρίζεται τόσο η μεταγωγή κυκλώματος

όσο και η μεταγωγή πακέτου. Τα βασικά components του All IP δικτύου θα είναι

τα ακόλουθα:

Η RSP (Routing Switch Platform), που λειτουργεί σαν ένα backbone front

– end για circuit - switch και packet - switch domains.

Η RCP (Routing Core Platform) – ένας backbone δρομολογητής τύπου

μεταφορέα, που υποβοηθά την δημιουργία μεγάλων πολύ – υπηρεσιακών

(multi – service) IP based οπτικών δικτύων.

Οι γνωστοί μας κόμβοι GGSN που παρέχει πρόσβαση σε υπηρεσίες

διαδικτύου, και ο SGSN που παρέχει τις λειτουργίες πρόσβασης κόμβου

δικτύου (network access node) και διαχείριση κινητικότητας.

Η MGW (Media Gateway) που παρέχει αλληλεπίδραση μεταξύ των

δικτύων πρόσβασης και μεταφοράς, για να ελέγχεται η ροή μέσων στο

PSTN.

Και το βασικό στοιχείο, η MMCS (Multimedia Call Server) που θα

υποστηρίζει και θα ελέγχει το VoIP (Voice over IP) και άλλες sessions

πολυμέσων, παρέχοντας την ευελιξία να προστεθούν, τροποποιηθούν ή να

διαγραφούν κομιστές που χρησιμοποιούνται από υπηρεσίες χρηστών.

Επίσης θα υπάρχει η HSS (Home Subscriber Server) – μια εξέλιξη της

Home Location Register. Παρέχει αποθήκευση για πληροφορίες σχετικές

με τους GSM και UMTS συνδρομητές. Η HSS συμπεριλαμβάνει επίσης την

λειτουργία IP AAA και διαχειρίζεται επικοινωνία με DNS εξυπηρετητές.



Εγώ έχοντας κάνει όλη την ανωτέρω μελέτη, καταλήγω στο ακόλουθ0

συμπέρασμα:

Σήμερα η κατάσταση έχει αλλάξει σημαντικά και πλέον πολλές συσκευές

υποστηρίζουν το πρωτόκολλο IPv6. Πλέον το βασικό ερώτημα δεν είναι αν θα

χρησιμοποιηθεί η τεχνολογία IPv6 στα δίκτυα 3ης γενιάς αλλά το ποιές

εφαρμογές θα εκμεταλλευτούν τις νέες δυνατότητες που θα παρέχει η IMS και

πως αυτές θα επηρεάσουν την αγορά. Θα πρέπει να σημειωθεί ότι η υιοθέτηση

της τεχνολογίας IPv6 στο δίκτυα 3GPP θα επηρεάσει και τα υπόλοιπα δίκτυα

δεδομένου ότι οι κινητές συσκευές θα πρέπει να λειτουργούν με συσκευές και σε

ενσύρματα δίκτυα. Η μελέτη αυτή δίχνει το όραμα για IP, multimedia και

mobility σύγκλιση, σε ένα και μόνο σύστημα. Η υιοθεσία της IP τεχνολογίας

διευκολύνει τη σύγκληση ενός κινητού και ενός σταθερού δικτύου και την

δημιουργία ενός απλού και παγκόσμιου στάνταρ.

Η σχεδιαστική προσέγγιση για ένα τέτοιο σύστημα θα πρέπει να είναι μια top-

bottom προσέγγιση με διαδοχικά βήματα. Το πρώτο βήμα θα πρέπει να λαμβάνει

υπόψη τις υπηρεσίες και τις εφαρμογές που θα παρέχονται από το σύστημα στο

κινητό και στο σταθερό δίκτυο. Μετά θα πρέπει να σχεδιαστεί ένα σετ από

πρωτόκολλα για core δίκτυα τα οποία θα είναι κατάλληλα για αυτές τις

εφαρμογές. Το επόμενο βήμα θα είναι ο σχεδιασμός κατάλληλων πρωτοκόλλων

διαχείρισης της κινητικότητας. Τέλος θα πρέπει να αναπτυχθεί ένα ραδιοφωνικό

δίκτυο πρόσβασης το οποίο θα παραδίδει τις υπηρεσίες αποδοτικά και

οικονομικά.

Αυτά τα συστήματα είναι υπό ανάπτυξη και θα εφαρμοστούν το 2008-2015. Όχι

μόνο θα συνδέσουν τους ανθρώπους με τους ανθρώπους, αλλά τις μηχανές ή τα

σπίτια με τους ανθρώπους. Συγκεκριμένα είναι φιλοδοξία των σχεδιαστών να

δώσουν την δυνατότητα για σε κάθε κινητό χρήστη, για κάθε επικοινωνία,

οποιασδήποτε μορφής (video κλπ).

Στην 4G γενιά θα χρησιμοποιηθεί ως πρότυπο το OFDM. Η βασική ιδέα αυτού

είναι η διαίρεση των ροών δεδομένων σε περαιτέρω ροές (υποκανάλια). Κάθε μία

από αυτές τις ροές έχει χαμηλότερο ρυθμό μετάδοσης από την αρχική. Στη



συνέχεια οι υποροές διαμορφώνονται με χρήση κωδίκων οι οποίοι είναι μεταξύ

τους ορθογώνιοι.

Επίσης ασχολήθηκα με την δημιουργία ενός αμιγούς δικτύου backbone μόνο με

δομικές μονάδες –sites, βασισμένες στο ΙΡ, για την εξυπηρέτηση των

πολυμεσικών εφαρμογών. Εδώ υπάρχουν πολλές προτάσεις για την βελτίωση της

σχεδίασης του UMTS και την σύζευξή της με το ΙΡ. Μερικά χαρακτηριστικά της

backbone αρχιτεκτονικής στο Mobile-PBN είναι τα ακόλουθα:

• Υποστήριξη για QoS στο IP backbone με την χρήση διαφορικών υπηρεσιών και

ειδικών routers.

• Υποστήριξη στην Sigtran (SS7/IP) μεταξύ των κινητών κόμβων του δικτύου.

• Νέος σχεδιασμός για την υποστήριξη της Iur συνδεσιμότητας και μεταφοράς

μεταξύ των RNCs

• Εμπλουτισμένος σχεδιασμός επιπέδου 2 VPN με την χρησιμοποίηση standard

πρωτοκόλλων

• Υποστήριξη για την GSM split αρχιτεκτονική με το απομακρυσμένο A-interface.

Αυτό κάνει την GSM επικοινωνία δυνατή και στα δύο δίκτυα καρμού, στο IP και

στο IP/ATM backbone. Συμπεριλαμβάνει υποστήριξη για την IP επικοινωνία στο

CS user plane (Nb over IP μεταξύ των M-MGws). Διαφορετικοί τύποι

πληροφορίας διακινούνται μεταξύ διαφορετικών στοιχείων του δικτύου.

Διαφορετικοί τύποι δικτύων όπως STM/TDM, ATM, IP και SS7

χρησιμοποιούνται για την εξυπηρέτηση της ροής, κάθε ένα με καλό QoS αλλά

μικρή συνδεσιμότητα μεταξύ των δικτύων. Έτσι έχουμε πλήρη διαχωρισμό της

κυκλοφοριακής ροής. Στην περίπτωση ενός multiservice IP δικτύου, η ΙΡ δομή

πρέπει να είναι ικανή να διαχειρίζεται την ροή αυτή. Για να διευκολύνουμε αυτόν

τον διαχωρισμό και για καλύτερο QoS, το WCDMA/GSM core network είναι

διαιρεμένο σε θεμελιώδη μέρη λογικών δικτύων.

Κάθε τέτοιο δίκτυο περικλείει ένα είδος κυκλοφοριακής ροής μεταξύ του set των

λειτουργικών οντοτήτων των WCDMA/GSM λειτουργικών στοιχείων. Αυτές οι

οντότητες ανήκουν στα WCDMA/GSM στοιχεία δικτύων και σε διαφορετικά

sites. Για την υποστήριξη των logical networks η IP υποδομή διαμορφώνεται σε

διαφορετικά virtual networks. Τα logical networks έχουν υλοποιηθεί σαν virtual

networks. Ανάλογα με τις απαιτήσεις για υποστήριξη των λογικών δικτύων τα



virtual networks μπορούν να έχουν πολλές δυνατότητες στο site και στην

backbone IP υποδομή.

Παράλληλα με αυτά παρουσιάζω μια πολύ καλή πρόταση για βελτίωση

της υφιστάμενης δομής του κεντρικού 3G δικτύου του UMTS η οποία

αναφέρεται στην ενοποίηση δύο κόμβων του δικτύου πάλι για βελτιστοποίηση

της επικοινωνίας και για την εξυπηρέτηση των πολυμεσικών εφαρμογών, των

οποίων παρουσιάζω αναλυτικά την δομή σχεδίασης. Το δίκτυο πυρήνα και

ειδικότερα το κομμάτι που ασχολείται με τη μεταγωγή πακέτου θα βασίζεται εξ'

ολοκλήρου στο πρωτόκολλο ΙΡ (fully IP based CN) μετά την τοποθέτηση του κόμβου

IGSN στη θέση των κόμβων SGSN και GGSN, αφού τα μέχρι πρότινος μηνύματα

ΝΑS (Νοn Access Stratum) πρόκειται να αντικατασταθούν από μηνύματα SΙΡ.

Αυτό αποτελεί ένα βήμα προς την αρχιτεκτονική Αll-ΙΡ (4G). Με την απαλοιφή του

κόμβου GGSN, το δίκτυο γίνεται πιο αποδοτικό. Επίσης στον εν λόγω κόμβο,

πρέπει να συνδέονται όλοι οι κόμβοι SGSN ενός παρόχου κάτι που οδηγεί σε

αργές διαπομπές όπως αναφέραμε πιο πάνω. Επίσης ο κόμβος GGSN αποτελεί τη

στενωπό του συστήματος αφού όλη η κίνηση δεδομένων χρήστη θα πρέπει να

δρομολογείται μέσω αυτού για να βγει στο διαδίκτυο (GGSN anchoring). Τέλος,

με την κατάργηση των δύο κόμβων αποφεύγεται η χρήση του πρωτοκόλλου GΤΡ

στο δίκτυο πυρήνα δηλαδή η χρήση σήραγγας για μεταφορά δεδομένων που

υπήρχε μεταξύ των κόμβων SGSN και GGSN. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα την

αποφυγή της πρόσθετης επιβάρυνσης λόγω επικεφαλίδας (overhead).

Επίσης κάνω αναλυτική παρουσίαση της IMS δομής πολυμέσων που

επιτρέπει στα δίκτυα κινητής τηλεφωνίας «νέας γενιάς» την παροχή υπηρεσιών

μετάδοσης φωνής και δεδομένων, μέσω της τεχνολογίας IP, που βασίζεται στη

μεταγωγή πακέτων (Packet Switching). Η IMS αναλαμβάνει ουσιαστικά την

προσθήκη δύο θεμελιωδών λειτουργιών στα δίκτυα IP: Τον εντοπισμό ενός

χρήστη μέσω σηματοδοσίας SIP, για την έναρξη της μεταφοράς των δεδομένων,

καθώς και την ενσωμάτωση νέων υπηρεσιών στα υπάρχοντα δίκτυα, όπως για

παράδειγμα την τεχνική PTT. Η IMS προσφέρει ένα περιβάλλον φιλικό για την

ανάπτυξη εφαρμογών, το οποίο συμβαδίζει με τις προδιαγραφές του πυρήνα της

IP τεχνολογίας, γεγονός το οποίο εξασφαλίζει την εύκολη ενσωμάτωσή του σε

οποιοδήποτε δίκτυο 2.5G και 3G. Χρησιμοποιώντας τις προηγούμενες γνώσεις



σχεδίασα την δομή ΙMS και παρουσίασα αναλυτικά την λειτουργία της. Αν και η

IMS κυρίως βασίζεται σε client-to client υπηρεσίες, τα εργαλεία αυτής μπορούν

να χρησιμοποιηθούν για την διευκόλυνση και τον εμπλουτισμό των client-server

υπηρεσιών. Αν και επιπροσθέτως παρέχονται real-time services (όπως το video-

conferencing), η IMS παρέχει non real-time services (όπως τα αμετάβλητα

μηνύματα). Αντίθετα προς τα second-generation συστήματα, όπως το GSM, οι

ειδικές IMS υπηρεσίες δεν είναι standard. Η 3GPP έχει μερικώς προσδιορίσει την

αρχιτεκτονική του framework και των δυνατών να χρησιμοποιηθούν υπηρεσιών.

Οι ενεργές υπηρεσίες έχουν υλοποιηθεί από τους διαχειριστές του δικτύου.

Επιπλέον με τις αρχές της IETF τα endpoints του συστήματος, έχουν αρκετή

ευφυΐα και υποστηρίζουν υπηρεσίες με μικρή ή και καμία βοήθεια από το δίκτυο.

Επίσης στις νέες προτάσεις μου για το 3G δίκτυο, παρουσιάζω πολλές

σύγχρονες τεχνολογίες όπως το softswitching και η αρχιτεκτονική των επιπέδων.

Η layered architecture επιτρέπει σε κάθε layer να εξελίσσεται ανεξάρτητα και σε

επίπεδο εξέλιξης της τεχνολογίας. Υποστηρίζει επίσης την μετακίνηση σε νέες

επικοινωνιακές τεχνολογίες, ενώ τα ανώτερα layers παραμένουν ανεξάρτητα

προς αυτές και αναπτύσσονται στο connectivity layer. Η layered architecture

επιτρέπει επίσης διαφορετικές, optimized τεχνολογίες να αναπτύσσονται στο

connectivity layer (όπως η διαχείριση του ωφέλιμου φορτίου), αντί του control

layer (που ασχολείται μόνο με την διεκπαιρέωση). Όσον αφορά το softswitching

τώρα, περιορίζοντας την κίνηση του δικτύου κορμού και θέτοντας σε λογική

βάση τις υποδομές μεταφοράς, μπορεί να επιτευχθεί διανομή των mobile Media

Gateways (M-MGw) στα σημεία συγκέντρωσης του ραδιοδικτύου. Αυτό

ενεργοποιεί το τοπικό switching των κλήσεων από κινητό σε κινητό που λέγεται

local breakout στο PSTN. Τυπικά το 60% της κυκλοφορίας μπορεί να αφαιρεθεί

από το δίκτυο και να περιοριστεί σημαντικά το κόστος διασύνδεσης.

Όσον αφορά τώρα το CN, ένα από τα βασικότερα στοιχεία που θα

χρησιμοποιηθούν πολύ στο WCDMA CN, είναι η σύσταση ενός κοινού ΙΡ δικτύου

κορμού για την PS, CS κυκλοφορία δεδομένων, η οποία να υποστηρίζει την SS7

σηματοδοσία over IP. Οι λύσεις TDM και ATM που βασίζονται στο backbone,

υποστηρίζουν πλήρως παράλληλη κυκλοφορία μέσω ΙΡ. Ανάλογα με την



τοπολογία δικτύου και τις τεχνολογίες μεταφοράς, υπάρχουν πολλές λύσεις σε

κάθε περίπτωση. Τα βασικά επίπεδα της νέας αρχιτεκτονικής είναι:

Το mobile switching επίπεδο, που περιλαμβάνει τα 3G SGSN, 3G MSCs

μαζί με τα σχετιζόμενα components, όπως οι HLR, VLR, AuC, EIR, και τα

νεότερες αυτών CPS μονάδες που ενεργοποιούν την IP τεχνολογία.

Το transit–IP layer, το οποίο όχι μόνο εξυπηρετεί το backbone layer για

την μεταφορά της κυκλοφορίας μεταξύ των κόμβων, αλλά επίσης πραγματοποιεί

το IP bypass mediation device για την σηματοδοσία και τα δεδομένα του χρήστη,

μεταξύ των CS και PS. Tο GGSN μπορεί να είναι ένα μέρος αυτού του επιπέδου.

Το signalling layer, που αποτελείται κυρίως από τα STPs συνδεδεμένα με

άλλα στοιχεία.

Το management layer που αποτελείται από τα integrated network

management systems και τα network mediation systems, όπως φαίνεται στην

ανωτέρω εικόνα.

Το service layer που αποτελείται από τις all value-added service platforms,

όπως το SMC, το VMS, και τις intelligent network platform και τις customer care

μονάδες, τα ISP, τις billing πλατφόρμες κ.α.

Με την μεθοδευμένη παρουσίαση των τριών αυτών κεφαλαίων, έφθασα

στο τέλος αυτής της μελέτης. Είναι αλήθεια ότι αρχικά σκόπευα να αναπτύξω και

το air interface (WCDMA) αλλά αυτό χρειαζόταν άλλες 120 σελίδες και γινόταν

απαγορευτικό για μια τέτοια εργασία. Έτσι το απέφυγα αυτό, αφού γνωρίζω ότι

ήδη είναι αρκετά δύσκολο για τον μη ειδικευμένο αναγνώστη να

παρακολουθήσει όλα αυτά.

Ομολογώ ότι και εγώ δυσκολεύτηκα πολύ να αποσαφηνίσω στο μυαλό μου και να

κωδικοποιήσω σταδιακά τόσο μεγάλο όγκο πληροφορίας που επεξεργάστηκα

από την βιβλιογραφία. Προσπάθησα όμως ήταν δυνατόν να εξηγήσω το θέματα

αυτά με τον πιο απλό τρόπο, γνωρίζοντας πολλές φορές ότι εισάγω

απλουστεύσεις που μειώνουν την επιστημονική εγκυρότητα του πονήματος. Το

βασικό μου μέλημα ήταν η σφαιρική παρουσίαση όλης της θεωρίας και των

προτάσεών μου, ώστε να μπορεί ο ενδιαφερόμενος να πληροφορηθεί σφαιρικά

από την μελέτη αυτής της εργασίας, την οποία για να γράψω χρειάστηκαν 6



μήνες συνεχούς μελέτης 5 περίπου Αγγλικών συγγραμμάτων και άλλων τόσων

δημοσιευμένων papers. Για τον λόγο αυτό ζητώ την κατανόησή σας σε θέματα

που μπορεί να αφορούν παραλείψεις, εσφαλμένη διατύπωση ή ακόμη και κάποια

λάθη στο περιεχόμενο. Κατέβαλα πάντως υπεράνθρωπες προσπάθειες για να

παρουσιάζω συνολικά το αντικείμενο του core network και τους μελοντικούς

σχεδιασμούς του, τους οποίους ούτε η Ericsson ακόμα δεν έχει οριστικά

προτυποποιήσει.

Στο σημείο αυτό θα ήθελα να αναφέρω τον λόγο της έλλειψης κάποιας

εξομοίωσης. Αυτό δεν ήταν κάτι που σκόπιμα παραλείφθηκε. Απλώς επειδή

ασχολήθηκα λίγο τόσο με το Net OP, το Analyzer, τo Omnet ++ και το Nexus

8610, είδα ότι για το 4G δίκτυο δεν υπάρχουν ακόμα ακριβή πρότυπα. Επομένως

μια ενδεχόμενη εξομοίωση απαιτεί εξ αρχής την δημιουργία βιβλιοθηκών σε

αυτά τα προγράμματα, πράγμα το οποίο απαιτεί αιώνες μελέτης, χρόνο που δεν

διαθέτω τώρα.

Πρέπει να ομολογήσω ότι αυτό το διάστημα που γράφω αυτές τις σειρές είμαι

πάρα μα πάρα πολύ πιεσμένος από πολλές υποχρεώσεις, οικογενειακές,

επαγγελματικές κ.α, και δεν μπορώ να αφιερώσω τον χρόνο που θα ήθελα στην

εργασία. Θα είμαι δε πολύ ευγνώμων σε όποιον με ενημερώσει για τυχόν λάθη

στην ύλη και μου στείλει τις διορθώσεις του.

Θα χαρώ πολύ αν η παρούσα εργασία σταθεί ένα σύγγραμμα που θα βοηθήσει

τους μελλοντικούς φοιτητές.

Θέλω για άλλη μια φορά να ευχαριστήσω τον Θεό που με αξίωσε να τελειώσω την

εργασία μου, την μητέρα μου, την οικογένειά μου και τους καθηγητές που με

βοήθησαν πάρα πολύ.

Ξυλόκαστρο 18 Δεκεμβρίου 2007

Βιβλιογραφία


ΑΝΑΦΟΡΕΣ ΣΤΗΝ ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ [1]Wiley,.Theory.and.Applications.of.OFDM.and.CDMA.Wideband.Wireless.Communications.(2005).LinG.LotB [2] Artech House - TDD-CDMA for Wireless Communications [3]John.Wiley.and.Sons.GSM.GPRS.and.EDGE.Performance.Evolution.Towards.3G.UMTS.eBook-KB [4] UMTS Network and Radio Access Technology S. Castro [5] IP Technology in WCDMA/GSM core networks Heino Hameleers and Christer Johansson [6] UTRAN_overview 2002 Siemens AG [7] UMTS protocols and protocol testing [8] Spread Spectrum Methods for Wireless Communications_IEEE_ComMag [9] Eισαγωγή στην κινητή Τηλεφωνία – GSM Λούβρος Σπύρος [10] ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ «Σχεδίαση και ανάπτυξη λογισμικού για την χρήση του πρωτοκόλλου έναρξης συνόδου SIP ως γενικευμένου πρωτοκόλλου σηματοδοσίας, σε κινητά δίκτυα μετά την Τρίτη γενιά» Π.Αντωνίου, Μ. Καλλίτση, Π. Καμπανάκη [11] Tutorial on IPv6 UIP Vannes, Jan. 19th 2001] White Paper: Protocol Analysis in UMTS Networks Tektronix, Inc. [12] eBusiness Forum Το Αλφαβητάρι της Τεχνολογίας IPv6 [13] Διπλωματική Εργασία Μεταπτυχιακού Διπλώματος Ειδίκευσης «Αλληλεπίδραση Κινητών Δικτύων Τρίτης Γενιάς (3GPP) με Ασύρματα Τοπικά Δίκτυα (WLANs)» [14] ΠΑΝΑΓΙΩΤΗΣ Σ. ΤΟΥΜΑΣΗΣ Wireless Networking & Mobile Computing [15] ΤΡΙΤΗΣ ΓΕΝΕΑΣ ΚΙΝΗΤΑ ΔΙΚΤΥΑ ΜΕΛΕΤΗ ΧΡΗΣΗΣ MOBILE IPV6 ΣΕ UMTS ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝ



Συμεού Ιωάννα ΚΥΠΡΟΣ 2003 [16] http://www.ipv6forum.com/navbar/events/birmingham00/presentations /PDF/AskoRasanen.pdf [17] http://ru6.cti.gr/bouras/lessons.php?id=3&action=general [18] Διδακτορική διατριβή Αντώνη Αλεξίου Πάτρα 2002 [19] http://ru6.cti.gr/broadband/el/umts.php

[20] http://www.umts-forum.org/

[21] http://www.umtsworld.com/

[22] http://www.3gpp.org/ [23] http://www.ipv6forum.com [24] http://www.isoc.org [25] http://www.kbs.uni-hannover.de/~boris/hiperlan/faq3.html [26] http://www.mpirical.com/companion/mpirical_companion.html# [27] http://www.mpirical.com /companion/UMTS/Node_B.htm [28] http://www.3gpp.org/ftp/Specs/html-info/25913.htm [29] http://www.3gpp.org/ftp/Specs/html-info/25814.htm [30] "The Long Term Evolution of 3G" on Ericsson Review, no. 2, 2005

[31] "Mobile Broadband: The Global Evolution of UMTS/HSPA - 3GPP Release 7 and Beyond" by 3G Americas

[32] "Trends in Mobile Network Architectures" by Dr. Michael Schopp at Siemens Networks

Μελέτη Μελλοντικού UMTS Δικτύου (4G) Με IP Διασύνδεση...

Documents

Transcript of Μελέτη Μελλοντικού UMTS Δικτύου (4G) Με IP Διασύνδεση...