Теоретические и практические аспекты интеграции Wi-Fi с...

Теоретические и практические аспекты интеграции Wi-Fi с сетями сотовой связиАлександр ФелижанкоИнженер- консультант C is co, C C IE+74959611422afelizha@ cis co.com

Ноябрь 2014

Cisco Confidential 2© 2013- 2014 C is co and/or its affiliates . All rights res erved.

З ачем нужны малые соты?

Взгляд 3GPP на вопросы интеграции W i- Fi с сетями сотовой связи

Решения C is co по интеграции W i- Fi с сетями сотовой связи

С охранение сессий при хэндоверах 3GPP ↔ W i- Fi

З аключение

Содержание


Взрывной рост мирового мобильного трафика данных в 2013–2018 г.г.

К 2018 году будет свыше 10 млрдподключенных мобильных устройств,

включая узлы M2M• Доля смартф онов вырастет с 21% до 54%

• Доля соединений 3G вырастет с 29% до 59%

• Число соединений 4G вырастет в 7.4 раза с 203 млн до 1.5 млрд, их доля – с 3% до 15%

• Число соединений M2M всех типов (2G/3G/ 4G) вырастет с 0.3 млрд до 2 млрд

К 2018 году мировой мобильный траф ик данных вырастет в 11 раз и достигнет

15.9 эксабайт в месяц• Доля траф ика от смартф онов вырастет с

88% до 96%

• Доля траф ика 4G вырастет с 30% до 51%

• Объем видеотраф ика вырастет в 14 раз, его доля составит 69%

C is co Vis ual Networking Index: Global Mobile Data Traffic Forecas t Update, 2013–2018, 5 ф евраля 2014 г.http://www.cis co.com/en/US /s olutions /collateral/ns 341/ns 525/ns 537/ns 705/ns 827/white_paper_c 11- 520862.html

http://www.cisco.com/en/US/solutions/collateral/ns341/ns525/ns537/ns705/ns827/white_paper_c11-520862.html


Суммарная пропускная способность макросетей не справится с прогнозируемыми темпами роста трафика

05

10152025303540

Сегодня - 80МГц 2015 - 160МГц+

700

МГц

900

МГц

900

МГц18

00 М

Гц

1800

МГц

2100

МГц

2100

МГц

2.4

ГГц

2.3/

2.6

ГГц

МГц

ДОСТУПНАЯ ШИРИНА ПОЛОСЫ КАНАЛА

СПЕКТРАЛЬНАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ ПО МЕРЕ РАЗВИТИЯ ТЕХНОЛОГИЙ РАДИОДОСТУПА

2x рост ширины полосы канала

1.5x рост эффектив-

ности ее использо-

вания

Требуется обеспечить 11x рост

мобильного трафика в течение

5 лет

Для того, чтобы хорошо масштабироваться, будущие сети,

обслуживающие мобильный Интернет, должны будут включать в себя

архитектуры малых сот 3G, LTE иWi-Fi

4-5x ростколичества/ плотности секторов

ДЕНСИФИКАЦИЯ СЕТИ С ПОМОЩЬЮ МАЛЫХ СОТ 3G, 4G, WiFi


Трафик Wi-Fi растет намного быстрее мобильного

Источник: Mark Grays onИсточник: Mobidia


Местный сотовый траф ик уже проиграл битву домашнему W i- Fi По данным Mobidia, объем траф ика, передаваемого через домашний W i- Fi, превышает

местный сотовый траф ик более чем в 4 раза

С отовый роуминговый траф ик уже проиграл битву публичному W i- Fi По данным Mobidia, объем траф ика через публичный W i- Fi превышает сотовый роуминговый

траф ик в 2- 5 раз

Местный сотовый траф ик уже находится под угрозой со стороны публичного W i- Fi По данным Mobidia, объем траф ика через публичный W i- Fi уже составляет около 30% всего

местного сотового траф ика

С огласно “iPas s W i- Fi Growth Map”, к 2018 году 1 публичный хотспот будет приходиться на каждые 20 человек населения З емли (сейчас на 150 человек)

Сотовый трафик vs трафик Wi-Fi (публичный и домашний)


Через W i- Fi уже передается огромный объем данных со смартф онов

IEEE 802.11ac уже превышает скорость передачи данных LTE- Advanced

W i- Fi обеспечивает не только сетевое присоединение, но и создает новые источники доходов для операторов (сбор и корреляция данных, аналитика)

Услуги W i- Fi C alling и iMes s enge наглядно демонстрируют, как наиболее ценные для мобильных операторов байты передаются через сети W i- Fi (голосовые вызовы и текстовые сообщения)

Операторские сети W i- Fi уже превзошли LTE при проектировании и расчете емкости С редняя скорость на абонента W i- Fi в ЧНН берется из расчета 100 кбит/с

С ложная многоуровневая архитектура сотовых сетей больше не требуется в мире “good enough” (“и так сойдет”)

Время изобрести Wi-Fi заново?Стратегия “Сначала Wi-Fi, а уже потом сотовая связь”?


Мобильность на уровне приложения: Когда S ams ung Galaxy S 4 входит в зону покрытия W i- Fi, установленный вызов S kype мгновенно обрывается, но S kype его переустанавливает, когда после установления соединения с W i- Fi смартф он сам завершает сессию 3G

Увязка на уровне сессии с реализацией в ОС: Для определенных сайтов и приложений iOS 7 пытается согласовать опцию MultiPath TC P (RFC 6824). Первичное соединение с сервером через W i- Fi, резервное через 3G. Для оптимизации опыта пользования сервисом iOS 7 измеряет RTT к S iri и передает данные через соединение с наименьшим RTT

Увязка на уровне IP: В специф икации EPC 3GPP Releas e 8 включена мобильность на основе DS MIPv6, а в Releas e 10 DS MIPv6 доработан для поддержки IP Flow Mobility. UE должен сам принимать решение, какие потоки данных передавать через какую сеть радиодоступа

Увязка на канальном уровне: В специф икациях UMA/I- W LAN определены оверлейные сети IPS ec/IKEv2 для туннелирования сотового канального уровня через IP . В 3GPP S aMOG R12определен подход без IPS ec , но с W LC P/UDP/IP и vMAC на TW AG для туннелирования данных

Увязка на PHY- уровне: Изучение возможности агрегирования полос (C arrier Aggregation) в лицензируемом диапазоне и каналов в нелицензируемом диапазоне 5 ГГц. Требуется добавление в LTE ф ункции W iFi Lis ten- Before- Talk (LBT) для “вежливого” сосуществования частотных диапазонов

Увязка нелицензируемого и лицензируемого доступаСуществуют различные подходы

Unlicensed

Двойное присоединение через LTE и Wi- Fi: Изучение возможности двойного присоединения к сети с агрегированием каналов LTE и W i- Fi, включая совмещенные LTE/W iFi и раздельные базовые станции


The 3rd Generation Partnership Project Проект 3GPP основан в декабре 1998 года

Объединяет шесть организаций из Европы, С еверной Америки и Азии, разрабатывающих телекоммуникационные стандарты для своих территорий. Э ти организации имеют статус Организационных Партнеров проекта

ETS I (Европа), ATIS (С Ш А), TTC (Япония), ARIB (Япония), C C S A (Китай), TTA (Корея)

Первоначальной целью 3GPP была разработка Технических С пециф икаций (TS ) и Технических Отчетов (TR) для мобильных систем третьего поколения (3G) на основе развития технологий, реализованных в опорной сети и сети радиодоступа GS M

В настоящее время сф ера стандартизации 3GPP охватывает сеть радиодоступа, опорную сеть и сервисы

С оответствующие Группы разработки Технических С пециф икаций (TS G) Radio Acces s Network (RAN), C ore Network & Terminals (C T), S ervice & S ys tems As pects (S A) и GS M EDGE

Radio Acces s Network (GERAN)

Каждая из четырех TS G имеет в своем составе несколько рабочих групп (W G)

На заседания W G также приглашаются Партнеры, представляющие телекоммуникационный рынок, такие как GS M As s ociation, Global mobile S uppliers As s ociation (GS A), IMS Forum, S mall C ell Forum и др.


Что регламентирует 3GPP?

Радио- интерф ейсы 3GPP 2G радио: GS M, GPRS , EDGE

3G радио: W C DMA, HS PA

4G радио: LTE, LTE- Advanced

Опорная сеть 3GPP 2G/3G: Опорная сеть GS M

3G/4G: Evolved Packet C ore (EPC )

С ервисный уровень 3GPP С ервисы GS M

IP Multimedia S ubs ys tem (IMS )

Multimedia Telephony (MMTel)

Поддержка механизмов доставки сообщений и другой ф ункциональности, специф ицированной альянсом Open Mobile Alliance (OMA)

С ервисы экстренных вызовов, а также оповещения и уведомления населения о чрезвычайных ситуациях

и т.д.


Концепция релизов 3GPP

2000

R99 R4 R5 R6 R7 R8 R9 R10 R11

Пакетная опорная сеть Сервисы

Высоко-скоростной радиодоступ

LTE-

Adv

ance

d

2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012

LTE-

A

Enha

nce-

men

ts

2013 2014

R12

2015

R13

W-C

DM

A

HSD

PA

HSU

PAM

BMS

HSP

A+

(MIM

O…

)

LTE

MTC

, Het

Net

Mob

ility,

WLA

NIn

terw

orki

ng

Adv

ance

d IP

In

terc

onne

ctio

n of

Se

rvic

es (I

PXS)EPC

IMS

MM

Tel

Com

mon

IM

S

HSP

A+,

LTE

-A

Enha

ncem

ents

2016

I-W

LAN


Четыре ключевые проблемы на границе 3GPP и WLANИсточник: 4G Americas

Преждевременный выбор устройством сети W iFiбез сравнения условий в сетях 3GPP и W iFi

Узкая полоса пропускания на канале между точкой доступа W iFi и опорной сетью

С ильный сигнал W iFi и при этом высокая загрузка точки доступа W iFi

Э ф ф ект пинг- понг при примерно одинаковых уровнях сигналов 3GPP и W iFi


WLAN Network Selection for 3GPP Terminals (WLAN_NS)3GPP TR 23.865 Release 12

Цели и задачи Оценить существующие процедуры выбора сети

доступа терминалами 3GPP, которые используют механизмы Hots pot 2.0 и операторские политики на основе ANDS F, на предмет необходимости доработки специф икаций

С уществующий механизм выбора сети 3GPP PLMN по TS 23.122 должен быть сохранен

Могут потребоваться усовершенствования процедур ANDS F

Гарантировать, что содержимое объектов управления (MO), относящихся к политикам и процедурам выбора сети W LAN, которые используются операторами W i- Fi и операторами 3GPP, не противоречит друг другу

Найти возможные пути решения потенциальных конф ликтов между политиками, полученными от провайдеров W i- Fi средствами Hots pot 2.0, и политиками, полученными от операторов 3GPP через ANDS F

Идентиф ицировано 9 ключевых проблем и 16 возможных решений

Проблема № 1. Выбор сети W LAN через роуминговые соглашения

UE получает от ANDS F приоритезированный список S S ID

Но оператор 3GPP не заинтересован в передаче списка S S ID, он даже может не знать все S S ID провайдеров сетей доступа W i- Fi

В место этого он заинтересован в передаче преф еренций типа“W LAN, которые связаны с партнером X, имеют высший приоритет” и “W LAN, которые связаны с партнером Y, имеют следующий приоритет”

С текущими специф икациями ANDS F это невозможно (только S S ID)

Кандидат – реалмы, которые поддерживает W LAN и которые UEможет распознать с помощью Hotspot 2.0

3GPP PLMN

Роуминговый партнер X(Roaming C ons ortium X)

Роуминговый партнер Y(Roaming C ons ortium Y)

W LAN A

W LAN B

W LAN C

S S ID A

S S ID B

S S ID C

ANDS F

Роуминговые соглашения между оператором 3GPP и роуминговыми партнерами

Политики с преф еренциями S S ID

Роуминговые соглашения между роуминговыми партнерами и провайдерами сетей W i- Fi

Индивидуальные провайдеры сетей доступа W i- Fi

UE


Optimized Offloading to WLAN in 3GPP RAT Mobility (WORM)3GPP TR 23.890 Release 12

Цели и задачи Изучение ключевых проблем и анализ возможных

технических решений для оптимизированной выгрузки трафика в WLAN при хэндоверах между сетями доступа 3GPP (E- UTRAN, UTRAN, GERAN)

Описание возможных расширений ANDS F, которые позволят диф ф еренцировать политики предпочтения различных типов сетей доступа 3GPP по отношению к W LAN и, например, дадут возможность UEпредпочесть W LAN по отношению к UTRAN, но не по отношению к E- UTRAN, причем как при начальном подключении к сети, так и при хэндоверах

Ключевые проблемы и сценарии Предпочтение W LAN по отношению к специф ичным

типам сетей радиодоступа 3GPP в ANDS F

Мобильность IP- траф ика при хэндоверах между сетями доступа 3GPP может привести к потере, деградации (нехватка ресурсов) или приостановке траф ика (при C S FB) через несущие EPS , однако в ряде случаев он мог бы быть переведен в W LAN

Э ф ф ект пинг- понг при выгрузке траф ика через W LAN. Что делать с траф иком, например, в случае возврата в более предпочтительную чем W LAN сеть (E- UTRAN) или в случае короткого вызова C S FB?

Возможные решения Обновление объектов управления ANDS F MO для IS RP

Предпочтение специф ичного типа доступа 3GPP (например,GERAN, UTRAN, E- UTRAN) по отношению к W LAN

При этом диф ф еренциация внутри типа доступа (например, R99 UTRAN по отношению к HS PA) не поддерживается

Обновление TS 23.402 в части поведения PDN GW –при хэндовере соединения к PDN из 3GPP в W LAN и индикации о том, что несущие EPS приостановлены, считать их возобновленными и выполнить хэндовер

В дополнение – обновление TS 23.272 в части поведения UE при C S FB: если на время терминации C S - услуг (голос, US S D и т.д.) соединение к PDN было переведено в W LAN, UE не обязательно возобновлять пакетный траф ик через текущий сектор базовой станции, и UE может остаться в W LAN

Во избежание эф ф екта пинг- понг, UE может использовать любой, в том числе ф ирменный, гистерезисный механизм, например, на основе таймеров, чтобы предотвратить возврат пакетного траф ика из W LAN в исходую сеть радиодоступа (типа E- UTRAN) при кратковременном хэндовере в эту сеть


Цели и задачи Определить доступ в EPC из доверенной

сети W LAN через интерф ейс S 2a на основе GTPv2 и PMIPv6

Определить компоненты и ф ункциональность доверенной сети доступа Trus ted W LAN Acces s Network (TW AN)

Ограничения в Releas e 11 Для W LAN UE через W LAN допускается

единственное соединение с PDN Одновременное соединение W LAN UE с

EPC и с локальной сетью IP, доступной через TW LAN, не поддерживается

Мобильность без сохранения IP- адреса Не определен механизм согласования режима

соединения и передачи от UE в сторону EPC через W LAN таких параметров как индикатор хэндовера, имя APN, Protocol C onfiguration Options (PC O)

3GPPAccess

S 5

GxcGx

Operator’s IP S ervices (IMS etc .)

S Gi

Rx

S W x

S 6b

Trusted W LANAccess Network

S 6a

S Ta

S W w

HPLMN

Non- 3GPPNetworks

S2a

Интеграция доверенного WiFi через S2a на основе GTP и PMIPv6SaMOG – S2a Mobility based On GTP, 3GPP TS 23.402 Release 11

HSS

PCRF

3GPP AAAServer

PDNGateway

ServingGateway

UEС пециф икации 3GPP• TR 23.852• TS 23.402


SaMOG Release 11Основные компоненты и их функции

3GPP рекомендовал возложить выполнение ф ункций доверенной сети доступа TW AN на следующие ф ункциональные компоненты W LAN Acces s Network (W LAN AN)

Терминирует радиоканалы W LAN от UE

С остоит из одной или более точек доступа W LAN

Trus ted W LAN AAA Proxy (TW AP) Терминирует S Ta (протокол DIAMETER)

Trus ted W LAN Acces s Gateway (TW AG) Терминирует S 2a (протоколы PMIPv6 или GTPv2)

При этом интерф ейсы между W LANAN, TW AP, TW AG не рассматриваются и не регламентируются в 3GPP

Trus ted W LAN Acces s Network

Trus ted W LANAAA Proxy

Trus ted W LANAcces s Gateway

S W w

S Ta

S 2a

ИнтернетNon- seamless W LAN offload (NS W O),

или Local B reakout (LB O)

W LANAcces s

Network


Три режима работы UE при присоединении через Trus ted W LAN1. Transparent Single- Connection mode – не требует доработок на UE, полная совместимость с Releas e 11 со

всеми его ограничениями

В любой момент времени допускается единственное соединение с PDN при доступе к EPC или NS W O (местная выгрузка траф ика с TW AG)

При доступе к EPC через W LAN присоединение только к APN, заданному по умолчанию

Мобильность без сохранения IP- адреса

2. Single- Connection mode – минимальные доработки на UE, а именно реализация расширений протокола EAP- AKA’ для согласования режима работы и таких параметров как тип соединения (PDN или NS W O), тип PDN (IPv4, IPv6 или IPv4v6), индикатор хэндовера, имя APN, Protocol C onfiguration Options (PC O)*

В любой момент времени допускается единственное соединение с PDN или NS W O

При доступе к EPC через W LAN присоединение к любому APN с указанным именем

Мобильность с сохранением IP- адреса

3. Multi- Connection mode – более серьезные доработки на UE: реализация расширений EAP- AKA’ и нового протокола W LC P между UE и TW AG для управления соединениями (W LAN C ontrol Protocol, 3GPP TS24.244)

Несколько соединений через W LAN с разными PDN при доступе к EPC и в то же время возможен NS W O

Мобильность с сохранением IP- адреса

На Us er Plane – мультиплексирование соединений UE к разным PDN с использованием уникальных для каждого соединения виртуальных MAC - адресов TW AG, согласуемых с UE через W LC P

Усовершенствования в 3GPP TS 23.402 Release 12

* С м.например http://tools . ietf.org/id/draft- ietf- netext- wifi- epc- eap- attributes- 08.txt

http://tools.ietf.org/id/draft-ietf-netext-wifi-epc-eap-attributes-08.txt


WLCP

UDP

IP

802.11

SWw

WLCP

UDP

IP

802.11

802.11

GTP- U

UDP

IP

L2/L1

Стеки протоколов при различных режимах работы UE3GPP TS 23.402 Release 12

IPv4/ IPv6

GTP- U

UDP

IP

L2/L1

IPv4/IPv6

802.11

S W w S 2aUE TW AN P- GW

802.11includingL2 trigger

GTP- С

UDP

IP

L2/L1

GTP- С

UDP

IP

L2/L1

802.11includingL2 trigger

S W w S 2aUE TW AN P- GW

L3 triggerL3 trigger

GTP- С

UDP

IP

L2/L1

GTP- С

UDP

IP

L2/L1

S 2aUE TW AN P- GW

Us er P lane

C ontrol P lane for Tunnel Management

Single- Connection mode

Multi- Connection mode

Single- и Multi- Connection mode

L2 Trigger – С обытие EAP S ucces s вызывает отправку L2- триггера со стороны TW AP в сторону TW AG (с MAC - адресом UE и данными подписки)L3 Trigger – З апрос Layer 3 Attach со стороны UE (например, сообщение DHC Pv4 Dis cover)


Начальное присоединение UE к EPC через WLAN и S2a/GTPСценарий с L2-триггером и UE не в роуминге, 3GPP TS 23.402 Release 12

HSS/AAAhPCRFPDN- GWTWAN

TWAP/TWAGUE

1. Non- 3GPP specific procedures

3. Create Session Request (IMSI, APN, RAT type, PDN Type, …) 4. IP- CAN Session

Establishment Procedure

7. GTP Tunnel

2. EAP Authentication 2. Authentication & Authorization (UE may negotiate with the AAA Server a connection mode, e.g. single- connection or multi- connection mode)

5. Update PDN- GW Address6. Create Session Response (UEIP Address, PDN GW Address…)

8. EAP Authentication Completion (Success)

8. EAP Authentication Completion (TWAN informs AAA of the result of the tunnel setup, APN, TWAGUser Plane MAC address, PDN Type, PDN Address and other parameters received from the PGW)

9. L3 Configuration Completion (DHCPv4)

10. In Multi- Connection mode, UE- Initiated Connectivity to PDN in WLAN on S2a Procedure may be performed to establish another PDN connection


PDNGateway

Multi-Access PDN CONnectivity (MAPCON)3GPP Release 10

Цели и задачи Определен для ситуаций, когда присутствуют сети

доступа 3GPP и не- 3GPP, например, W LAN

Дает возможность UE с несколькими сетевыми интерф ейсами устанавливать несколько соединений с PDN к различным APN через разные сети доступа

При межсистемных хэндоверах все соединения к одному и тому же APN должны обеспечиваться через один и тот же доступ

Операторские политики для контроля над маршрутизацией данных через активные соединения с PDN (доступны с ANDS F) Inter- System Mobility Policy (ISMP). Влияет на принятие

решений UE при межсистемных хэндоверах, например, является ли W LAN более предпочтительным доступом к EPC чем W iMAX или S S ID- 1 более предпочтительным чем S S ID- 2

Inter- System Routing Policy (ISRP). Определяет, разрешено ли UE маршрутизировать траф ик IP через несколько радиоинтерф ейсов. Например, при соединении к корпоративному APN передача данных через W LAN может быть не разрешена

3GPP Access

Non- 3GPP Access (W LAN, W iMAX)

APN1

APN2

PDN#1

PDN#2

PDN#3

UE

С пециф икации 3GPP• TS 23.237• TS 23.401• TS 23.402


PDN GatewayDSMIPv6 Home

Agent

IP Flow Mobility (IFOM)3GPP Release 10 Определен только для сетей доступа 3GPP и W LAN

Цели и задачи Обеспечить бесшовную выгрузку траф ика через W LAN

(s eamles s W LAN offload) для определенных потоков данных в рамках соединения к одному и тому же APN

Интерф ейс S 2c на основе DS MIPv6 между UE и DS MIPv6 Home Agent (HA), который должен быть совмещен с PGW

Поддерживаются сценарии: UE в домашней сети, UE в роуминге с выгрузкой траф ика в домашней сети, UE в роуминге с местной выгрузкой траф ика в гостевой сети (LBO)

Для поддержки IFOM обновлены: IPMS (IP Mobility Management S election) – принятие решения о

типе мобильности при хэндовере (сетевая типа PMIPv6 или с клиентом на UE типа DS MIPv6/MIPv4) и о сохранении IP-адреса в случае сетевой мобильности

IS RP (Inter- S ys tem Routing Policy)

Процедуры обмена сигнальными сообщениями при межсистемных хэндоверах

3GPP Access

Non- 3GPP Access (W LAN)

APNIP Flow #1

IP Flow #2

С пециф икации 3GPP• TS 23.203• TS 23.261• TS 23.402

UE


Network Based IP Flow Mobility (NB-IFOM)3GPP TR 23.861 Release 13

Цели и задачи Изучение сценариев, требований и технических

решений для обеспечения одновременногоподключения абонентских устройств с несколькими беспроводными интерф ейсами к сети доступа 3GPP и сети W LAN с использованием протоколов сетевой мобильности – GTPv2 и PMIPv6 – на интерф ейсах S 5/S 8, S 2a и S 2b

Изучается два типа NB- IFOM Инициированный UE. UE сигнализирует PGW

желаемый мапинг IP- потоков на каналы сети доступа. С еть может принять или отвергнуть запрос на IFOM

Инициированный сетью. PGW сигнализирует UEжелаемый мапинг IP- потоков на каналы сети доступа. UE может принять или отвергнуть запрос на IFOM

Политики маршрутизации пакетов для IP- потоков загружаются на UE с сервера ANDS F ANDS F может указать UE, что доступ 3GPP является

наиболее приоритетным для одного класса IP- потоков, а W iFi – для другого

PDNGateway

3GPP Access


Один из сценариев применения

а, в) В текущем месте доступны оба типа доступа – 3GPP и W LANЧасть потоков IP идет через доступ 3GPP, часть через W LAN

UE

IP Flow #1, сессия IPTVIP Flow #2, голосовая часть видеовызоваIP Flow #3, видео часть видеовызоваIP Flow #4, загрузка P2PIP Flow #5, синхронизация медиаф айлов

APN

PDNGateway

3GPP Access


б) Абонент переместился в место, где W LAN недоступенЭ то событие – триггер для переключения всех потоков на доступ 3GPP

UE

APN


WLAN - 3GPP Radio Interworking3GPP TR 37.834 Release 12

Мотивы для изучения Развернутые операторами сети W LAN часто недогружены

Однако при присоединении UE к перегруженной сети W LANвпечатление абонента от пользования услугой ухудшается

Излишнее сканирование W LAN приводит к более быстрому разряду батареи на UE

Постановка задачи Фаза 1. С ф ормулировать требования к взаимодействию

W LAN и 3GPP на уровне RAN и сценарии применения с учетом существующих стандартизованных механизмов

Фаза 2. Выработать механизмы для удовлетворения требований Фазы 1, которые невозможно удовлетворить стандартизованными методами

Более плотный контроль над взаимодействием с W LAN и включение W LAN в операторский Radio Resource Management (RRM)

В ыбор сети радиодоступа и мобильность с учетом качества радиоканала на UE, канала до опорной сети, загруженности и т.д.

Оценить преимущества выработанных механизмов над существующими методами взаимодействия опорной пакетной сети с W LAN (ANDS F и т.д.)

Один из кандидатов в решения для отправки траф ика в сети доступа W LANили UTRAN/E- UTRAN

Новое сообщение SystemInformationBlock или специальное сообщение RRC для получения параметров, связанных с RAN

Процедуры сканирования (через B eacon ф рейм) или процедуры ANQP для получения параметров, связанных с W LAN

UE использует все доступные параметры, такие как политики ANDS F, параметры RAN/W LAN, локальные преф еренции, для отправки специф ичных потоков траф ика (APN или потоков IP) в 3GPP или W LAN

UE может заменять величины и пороговые значения параметров из ANDS F MO на величины и пороговые значения параметров из RAN/W LAN


Multi-RAT Joint Coordination (FS_MultiRAT_JC)3GPP TR 37.870 Release 13

Цели и задачи Изучение и анализ возможных технических

решений для сценариев совместной координированной работы сетей с различными типами радиодоступа (RAT), а именно LTE, UMTS , GS M, C DMA и W LAN

Направления изучения Динамическое перераспределение спектра

между RAT (временнОе, географ ическое и комбинированное) во избежание образования спектральных дыр – не используемых частей спектра, наличие которых снижает суммарную пропускную способность сети

Перераспределение спектра между 3GPP RAT и W LANв данном изучении не рассматривается

Оптимальная выгрузка трафика UE через 3GPPRAT (LTE и UMTS) или WLAN на уровне APN Один из изучаемых сценариев: оценка пропускной

способности UE в W LAN и обмен инф ормацией между 3GPP и W LAN о загруженности канала от W i- Fi AP во избежание деградации пропускной способности UEпосле ассоциации UE с W i- Fi AP

С пектральные дыры в долгосрочной перспективе

Краткосрочные спектральные дыры в течение суток

С пектральные дыры на недогруженных сотах, доступные для использования в LTE


Licensed-Assisted Access to Unlicensed Spectrum (FS_LAA_LTE)3GPP TR 36.889 Release 13 Цели и задачи Изучение сценариев, конф игураций и архитектуры LTE

C arrier Aggregation, когда одна или несколько маломощных базовых станций работают в нелицензируемом частотном диапазоне, а макро- станция – в лицензируемом. Агрегация или только DL, или DL и UL

Основные положения LAA в нелицензируемый диапазон всегда комбинируется

с лицензируемым диапазоном LTE

Лицензируемый диапазон может быть FDD или TDD

LAA особенно заметно увеличивает пропускную способность в направлении к UE (типично DL/UL 8:1)

Лицензируемый диапазон LTE обеспечивает надежное соединение для мобильности, сигнализации, голоса и данных

Нелицензируемый диапазон LTE ускоряет передачу данных при наличии приемлемого сигнала

eNodeB решает, как делить передачу данных между лицензируемым и нелицензируемым диапазонами, каждую 1 мс

Европейские правила использования диапазона 5 ГГц “Band A”: 5150 МГц – 5350 МГц (Ref: EN 301 893)

“Band B”: 5470 МГц – 5725 МГц (Ref: EN 301 893)

“Band C ”: 5725 МГц – 5875 МГц (Ref: EN 302 502) (в соответствии с рекомендациями EC C это диапазон для широкополосного беспроводного ф иксированного доступа)

В диапазонах Band B и C мощность передачи разрешена до 1 Вт

Требуется поддержка Dynamic Frequency S election (DFS ) и Trans mit Power C ontrol (TPC )

• DFS и Listen- B efore- Talk (LB T) требуются во избежание интерф еренции с радарами


Высокоуровневая архитектура решения Cisco для поддержки малых сот 3G, LTE и Wi-Fi

Серия Cisco USC 5000Интеграция с точками доступа

Wi-Fi Aironet 3600/3700

Серия Cisco USC 8000Крупные предприятия

Серии Cisco USC 5000 и 7000Малый и средний бизнес

Серия Cisco 8000USC Controller

Серия Cisco 8500Wireless LAN Controller

Шлюз малых сотSeGW, HNBGW, HeNBGW,

SaMOG GW, ePDG

Шлюз пакетнойопорной сетиPDN-GW, GGSN

Cisco ASR 5x00Cisco QvPC

Серия Cisco USC 3000Домашние пользователи

Cisco USC RAN Management SystemМассовое конфигурирование и поддержка точек доступа

Серия Cisco AironetТочки доступа Wi-Fi

внутри и вне помещений

Интернет

Cisco Prime Central, Network, Performance, InfrastructureУправление сетью и сетевыми элементами

Cisco Quantum™ SONSelf Organizing Network (SON)

Cisco Quantum™ PolicyУправление правилами обслуживания абонентов

Iuh, S1/X2

PMIPv6 , EoGRE,

S2b


Интеллектуальная пакетная опорная сеть CiscoУникальная функциональность StarOS на различных аппаратных платформах

Аппаратные Платф ормы

Встроенные (In- line) сервисы

Packet Inspection – SPI/DPI

Content Filtering – Integrated or ICAP based

Integrated Policy and Charging Enforcement (PCEF)

Network Address Translation (NAT)

Enhanced Charging (Multiple Charging Records)

Application Detection and Control (P2P)

HTTP Header Enrichment and Encryption

Tethering Detection

Statefull Firewall (SFW)

URL Blacklisting

Mobile Video Gateway

DNS Snooping

IMSP- CSCF, I- CSCF, S- CSCF,

E- CSCF, A- BG

Применение политик и правил тарификации (PCEF)

IPSG

Сетевое УправлениеАварии, статистика, мониторинг

Интеллектуальная система управления

Prime™ Mobility,MURAL

Cisco ASR 5000ASR 5000, ASR 5500

Cisco UCSQuantum Virtualized

Packet Core

GSM / UMTSSGSN, GGSN

LTEMME, SGW,

PGW/LMA, SAEGW

Small Cell GatewayH(e)NBGW, SeGW, SaMOG

GW, (e)PDG/TTG, eWAG

CDMAPDSN, HA,

HSGW

WiMAXASN GW

С етевые Функции


SWw

Cisco SaMOG GW для доступа в EPC из доверенного Wi-Fi

SGW

Доверенная сеть Wi-Fi

TWAN

SWxHSS

3GPPAAA

E-UTRAN

S1-U

eNodeBS11S1-MME

S5/S8

PCRF OCS OFCS

Gx GyRf/ Ga/ Gz

WLC/AP

LTE

(7.3/8.0/ Uw: PMIPv6 (R15),8.1) EoGRE (R16)

S aMOG – S 2a Mobility Over GTPv2PMIPv6 – Proxy Mobile IP v6EoGRE – Ethernet over GRE

SGiSaMOG GWASR 5000 – R15ASR 5500 – R16

QvPC – R16

EAP-SIM / EAP-AKA’(MAC, IMSI, MSISDN, APN)

Cw: AAA RADIUS802.1x

STa:DIAMETER

MME

Корпоративные пакетные сети и

ИнтернетLocal Breakoutна основе APN (R16)

Per flow (R18)DHCP Масштабируемость S aMOG GW

• AS R 5500 с R16.0 и 6 активными картами DPC 4 млн сессий PMIPv6 + EoGRE

Пропускная способность свыше 50 Гбит/с

PGW / GGSNASR 5x00 или QvPC

S2a/GTPv2: R16 – лаб.

R17 – General AvailabilityR18 – Поддержка Gy/Gz


Cisco iWAG для доступа в пакетное ядро 2G/3G/LTE из доверенного Wi-Fi

L2 или EoGRE ASR 1000iWAG

SGW

Доверенная сеть Wi-Fi

SWx/Gr’

HSS/HLR

3GPPAAA

E-UTRAN

S1-U

eNodeBS11S1-MME

S5/S8

PCRF OCS OFCS

Gx GyRf/ Ga/ Gz

WLC/AP

LTE

DHCP (MAC)

SGiiWAGASR 1000

RADIUS EAP-SIM(MAC, IMSI, MSISDN, APN)

802.1x

PGW / GGSNASR 5x00 или QvPCS2a/PMIPv6: с R12.2

S2a/GTPv2: R16 – лаб.R17 – General AvailabilityR18 – Поддержка Gy/Gz

MME

Access Request (MAC) / Access Accept

(IMSI, MSISDN, APN)

Корпоративные пакетные сети и

Интернет

Масштабируемость iW AG

• AS R 1000 с IOS XE 3.12S и RP2/ES P100 (32ГБ) 128,000 сессий GTP или

PMIPv6


Cisco ePDG для доступа в EPC из недоверенного Wi-Fi

SWxHSS

3GPPAAA

E-UTRAN

S1-U

eNodeBS11S1-MME

S5/S8

SWm

PCRF OCS OFCS

Gx GyRf/ Ga/ Gz

WLC/AP

SWnWLAN

Недоверенная сеть Wi-Fi

iPhone 6 / iOS 8Samsung, HTC, LG, Sony / Android

или клиент на UE

LTE

SGi Корпоративные пакетные сети и

Интернет

SGW

MME

ePDGCisco ASR 5x00

Cisco QvPC (R 17.1)PGW

SWu: IPSec/IKEv2

Масштабируемость ePDG

StarOS R16.0 ASR 5000: 1 млн сессий с

IPS ec, 18 Гбит/с , 2К C EPS

AS R 5500: 2 млн сессий с IPS ec, 18 Гбит/с , 2К C EPS

• StarOS R17.0 AS R 5000: как в 16.0

AS R 5500: 3.25 млн сессий с IPS ec, 28 Гбит/с , 2.8К C EPS

QvPC - S I: 80K сессий, 400Мбит/с, 100 C EPS на блейдT- Mobile US goes gaga for W i- Fi calling, AT&T to launch in 2015

EAP-AKA через IKEv2(IMSI, APN)

http://www.theregister.co.uk/2014/09/12/tmobile_att_wifi_calling/


Cisco – Лидерство на рынке MPC/EPCСвыше 300 операторов более чем в 75 странах

Через пакетные опорные сети на оборудовании C is co обслуживается 1 млрд. абонентов

Пакетные опорные сети на оборудовании C is co терминируют около 50% соединений LTE в мире

56 заказчиков C is co EPC для LTE в 33 странах

№ 1- 3 по доле на рынке Evolved Packet C ore и Mobile Packet C ore по данным AC G Res earch за Q1C Y13- Q2C Y14

Первая в отрасли коммерческая реализация LTE S mall C ell Gateway (HeNBGW ) в сетях операторов связи (KT в Корее)

Победитель и ф иналист в различных номинациях (Bes t LTE, M2M/IoT, QvPC , NFV)


Фундаментальная проблема сохранения сессии того или иного приложения даже при сохранении IP- адреса после хэндовера в W iFi – это поддержка в ОС на мобильном устройстве концепции “виртуального адаптера”, к которому приложение открывало бы сокет TC P

Без виртуального адаптера, если сокет был открыт к IP- адресу ф изического радио-интерф ейса 3GPP и произошел хэндовер в W i- Fi, приложение должно будет переоткрыть сокет пусть на тот же IP- адрес, но уже другого ф изического радио-интерф ейса W iFi

Как следствие, без такого виртуального адаптера в ОС даже при сохранении IP- адреса часть приложений выживает, переустанавливая сессию, а часть не выживает, и требуется перезапуск приложения

С другой стороны, современные версии ОС поддерживают активными оба радио: LTE и W i- Fi – важно для поддержки 3GPP MAPC ON (Multi- Acces s PDN C onnectivity) и IFOM (IP Flow Mobility)

Отсутствие стандартных методов сигнализации параметров 3GPP через сеть W i- Fi

Общие проблемы


Android , LTE → WiFi без сохранения IP- адреса (разные APN). Устройство разъединяет соединение с PDN, переключается на W iFi и передает данные через W iFi, но остается зарегистрированным в LTE

Android , LTE → WiFi с сохранением IP- адреса (тот же APN). Устройство сразу же переподключается к LTE, оставляя W iFi активным. Получив запрос на присоединение через LTE, PGW отзывает IP- адрес с W iFi и возвращает его устройству на LTE. Все коммуникации зависают

iOS iPAD, LTE → WiFi без сохранения IP- адреса (разные APN). S kype не обрывает соединение, но траф ик остается на соединении LTE. Э то следствие поведения iOS , который разрешает одновременные соединения через оба радио и держит траф ик на старом соединении пока не запрашивается открытие нового сокета

iOS iPAD, LTE ↔ WiFi с сохранением IP- адреса (тот же APN). Все коммуникации зависают из- за эф ф екта пинг- понг (UE отвергает запрос на разъединение через LTE и переустанавливает соединение с PDN через LTE, создавая эф ф ект пинг- понг)

LTE и Wi-Fi


Android, 2G/3G → WiFi без сохранения IP- адреса (разные APN). S kype обрывает сессию, но через некоторое время переустанавливает ее через W iFi. Android разъединяет соединение через GS M/3G после установления соединения через W iFi –одновременные сооединения через W iFi и 2G/3G не разрешены

Android, 2G/3G → WiFi с сохранением IP- адреса (тот же APN). S kype обрывает сессию, но через некоторое время переустанавливает ее через W iFi. Android не делает попыток переподключения через 2G/3G и остается на W iFi. Даже если бы PGW не разъединял сессию 2G/3G первым, Android сам бы разъединил соединение через 2G/3G, поскольку для него W iFi более приоритетен

iOS iPAD, 2G/3G → WiFi без сохранения IP- адреса (разные APN). S kype не обрывает сессию, но траф ик остается на соединении 2G/3G. Э то следствие поведения iOS . iOS позволяет одновременные соединения через два радио и держит траф ик на старом соединении пока не запрашивается открытие нового сокета

iOS iPAD, 2G/3G → WiFi с сохранением IP- адреса (тот же APN). PGW шлет в сторону S 4-S GS N запрос Delete Bearer. iOS отвергает запрос на разъединение через 2G/3G и переустанавливает PDP- контекст, создавая эф ф ект пинг- понг. Все коммуникации зависают

2G/3G и Wi-Fi через S4-SGSN и SaMOG GW


2G/3G и Wi-Fi через S4-SGSN и SaMOG GWХэндовер с сохранением IP-адреса (один и тот же APN для 2G/3G и WiFi)

HSS/AAAPDN- GWTWAP

MRMEUE

5. S2a: GTPv2 Create Session Request

2. STa: Diameter EAP Authentication & Authorization /EAP Success – Internal Trigger

6. Update PDN-GW Address

9. S2a: GTPv2 Create Session Response

TWAGCGW

0. Data Access over 2G/3G

AP/WLC

1. WLANAssociation

2. Radius EAP Authentication /EAP Success

3. DHCP Discover 4. PMIPv6 Proxy Binding Update

7. GTPv2 Delete Bearer Request

10. PMIPv6 Proxy Binding Ack11. DHCP Offer

12. PMIPv6 Tunnel 12. GTP- U Tunnel

15. GTPv2 Delete Bearer Response

S4-SGSN S- GW

0. GTP- U Tunnel 0. GTP- U Tunnel 0. Data Access

8. GTPv2 Delete Bearer Request

14. GTPv2 Delete Bearer Response

12. Data Access over WLAN

13. DHCPRequest/ Ack


Telco Cloud Core

GiLAN,IMS Core,

Wi-Fi Calling

Мобильная пакетная

опорная сеть

Виртуализи-рованный

HetNet Core

ЗаключениеОтличительные особенности сквозного решения Cisco

SaMOG, ePDG, PGW, SGW,

GGSN/PDSN,MME

RMS, HNB GW, HeNB GW,

SeGW, SON,WLC, MSE, PI

Производительность Масштабируемость Сервисы

Доступ HetNet

Точки доступа WiFiвнутри помещений

и уличные, 3G/4G Clip on, 3G/4G Small

Cell, домашниефемто


Ждем ваших сообщений с хештегом#C is coC onnectRu

Спасибо за внимание!

Пожалуйста, используйте код для оценки доклада

8861Ваше мнение очень важно для нас

CiscoRu Cisco CiscoRussia

Теоретические и практические аспекты интеграции Wi-Fi с...

Technology

Transcript of Теоретические и практические аспекты интеграции Wi-Fi с...