Rkantola/ /s Mobiiliverkot ja liikkuvuuden hallinta Liikkuvuuden vaikutus verkkoon Erilaiset liikkuvuusratkaisut Raimo Kantola SG210,

Rkantola/ /s Liikkuvuus vaatii loogiset tilaajanumerot, jotka täytyy kuvata verkon topologiaan •Topologiaa kuvaavat reititysnumerot. •Tarkastellaan esimerkkiä: 10 9 tilaajaa, tilaajanumeron pituus 13 nroa Lasketaan karkea muistitarve analyysille: Analyysipuu koostuu 64 oktetin solmuista, joissa kussakin analyoidaan 1 nro. Solmujen määrä on 1 + m + m 2 + … m 12 = m m - 1 = 305 miljoonaam 13 = lg m = 9m = 4.92 Numeropositioiden käyttöaste:

Rkantola/ /s Puhelinkeskuksen numeroanalyysipuu liittää väylöityksen signaloinnista saatavaan tietoon ABC - suunta ABCd - lyhin tilaajanumero ABCdefgh - pisin tilaajanumero AB C defg h Noodit d,e,f,g,h tarvitaan numeropituudesta ja solmusta riippuen Buckets signaloinnista: Oletamme että analyysi tehdään puumaisella tietorakenteella.

Rkantola/ /s Tilaajanumerolasku jatkuu... Muistitarve analyysipuulle on 64 * 305 * 10 6 = 19 Gb • Tämän monistaminen useaan paikkaan tulee kalliiksi. • Lukeminen tästä tietokannasta vaatii 13 muistihakua, mikä ei sinänsä ole ongelma • Isoin tekninen ongelma on päivitykset: Oletus: - yksi päivitys vaatii 50b viestin - kaikki päiv. 6h aikana Huom: - päivityksiä/tilaaja voidaan varmuussyistä joutua tekemään merkittä- västi useammin. Vaatii osittamista!

Rkantola/ /s Yksi ratkaisu on tietokannan osittaminen operaattoreittain ja prefiksittäin •GSM noudattaa tätä ratkaisua: –yksi HLR tietää muutaman sadan tuhannen tilaajan sijainnin vierailurekisterin tarkkuudella –tilaajanumeron ensimmäiset numeropaikat määräävät miltä HLR:ltä on kysyttävä sijaintia –päivitysten määrää vähentää myös sijaintialuehierarkia •Kaikkia muutoksia ei tarvitse välttämättä päivittää HLR:lle asti. –Tilaajalla on MS-ISDN “tilaajan luettelonumero” ja erillinen reititysnumero (MSRN).

Rkantola/ /s MSC/VLR-alue Sijaintialue Sijaintialuehierarkia GSM:ssä Sijaintialue HLR tietää keskuksen/vierailurekisterin Vierailurekisteri tietää - käytännössä joukko soluja - päivitys kerran/6 min….24h ja virta päälle/pois yms ehdoilla - sijainnin päivityksessä myös autentikointi Solu Lopullinen sijainti selviää hakualgoritmin (paging) avulla: - kutsu lähetetään kaikissa soluissa - MS vastaa omassa solussa - näin voidaan valita paras solu

Rkantola/ /s Lasketaan sijainnin päivitysliikenteen määrä tilaajan HLR:ssä • tilaajaa •1 päivitys/5min/tilaaja •karkea oletus: olkoon 1 päivitys = 100 oktettia Liikenne = * 100 * 8/(5*60) = 0,53Mbit/s. Voidaan kuljettaa yhdellä PCM-johdolla! Tuntuu toimivalta ratkaisulta.

Rkantola/ /s Kiinnostavaa on tarkastella todennäköisten kanavanvaihtojen määrää puhelun aikana Nopeus 5 km/h Nopeus 15 km/h Nopeus 50 km/h Nopeus 100 km/h Nopeus 150 km/h Toimivassa arkkitehtuurissa pysyy mieluiten alle yhden! Puhelun pituus 3 min

Rkantola/ /s GSM arkkitehtuuri HLR/AC/EIR MSC VLR BSC HLR - Home Location Register (kotirekisteri) AC - Authentication Center (Varmennekeskus) EIR - Equipment Identity Register (laiterekisteri) MSC - Mobile Switching Center (matkapuhelinkeskus) VLR - Visitor location Register (vierailijarekisteri) BSC - Base Station Controller (tukiasemaohjain) BTS - Base Transceiver Station (tukiasema) BTS soluja BSC MS = ME+SIM BTS

Rkantola/ /s HLR reititystietokyselyn avulla MS löytyy päättyvässä puhelussa PSTN GMSC HLR MSC VLR ISUP - IAM SendRoutingInformation ProvideRoamingNumber ProvideRoamingNumberACK SendRoutingInformationACK ISUP - IAM (normaalin merkinannon aloitussanoma) MSRN - Mobile Subscriber Roaming Number toimii reititysnumerona - noudattaa E.164 formaattia (tavallisetkin keskukset pystyvät käsittelemään) - kullakin MSC:llä on rajallinen määrä MSRN:iä - MSRN:llä on voimassaoloaika - MSRN voidaan allokoida puhelu kerrallaan tai vierailun ajaksi MAP/CMAP/D

Rkantola/ /s Monikerroksisella solukkoverkolla saadaan lisää kapasiteettia GSM900 makro GSM1800 makro GSM1800 mikro GSM900 mikro Solun valinta pyrkii sijoittamaan nopeasti liikkuvat MSt ylös.

Rkantola/ /s Muuttuuko tilanne jos tilaajanumerot ovat binäärisiä? •Esim: 10 9 tilaajaa, tilaajanumeropituus 128 bittiä Lasketaan karkea muistitarve analyysille: Analyysipuu koostuu 64 oktetin solmuista, joissa kussakin analyoidaan 4 bittiä. m - 1 Solmujen määrä on 1 + m + m 2 + … m 7 = m = 114 miljoonaa Ei oleellista vaikutusta! m 8 = lg m = 9m = hexa -positioiden käyttöaste:

Rkantola/ /s Brute force ratkaisu IP -mobiliteetille Muistitarve analyysipuulle (=RT) on 64 * 114 * 10 6 = 7.3 Gb • Brute force ratkaisussa tämä päivitetään kaikkiin reitittimiin, mikä on käytännössä mahdotonta! • Lukeminen tästä tietokannasta vaatii 8 muistihakua, mikä ei sinänsä ole ongelma • Isoin tekninen ongelma on päivitykset! • Mobiliteettiarkkitehtuurin pitää pudottaa päivitysliikenne merkittävästi alle solmun hyötyliikenteen määrän • Päivittäminen paikkoihin, joissa ei lukuja, pitää eliminoida tai ainakin minimoida Kaksi ratkaisuesimerkkiä: Mobile-IP ja GPRS.

Rkantola/ /s Liikkuvuus pakettiverkossa/tausta •Reititys perustuu reititystauluihin, joita luetaan pakettikohtaisesti. •Reitittimet ylläpitävät reititystaulujaan reititys- protokollien avulla •Taulun toteutuskelpoinen koko luokkaa alle riviä. Haku kohdeosoitteen perusteella vaatii monta muistiviittausta (<32). Lähtöportti/ Seur. R IP-os Kohde-IP osoite RT - 100m käyttäjän verkossa päästään toteutuskelpoiseen RT kokoon allokoimalla IP-osoitteet verkkokohtaisesti (provider addressing) ja hakemalla taulusta osoiteprefiksin avulla (eli tuskin koskaan käytetään täyttä 32 bitin IP-osoitetta

Rkantola/ /s Mobile-IP:ssä käyttäjällä on kotiagentti ja vierailija-agentti Correspondent Host 1 3 Foreign Agent Foreign Agent Mobiili Care-of-Address Home Agent Home Agent Mobiilin Kotiverkko Mobile’s Home-IP-Address Mobiilin täytyy päivittää sijaintinsa tänne aika ajoin 1 - normaali IP -reititys 2 - tunneli HA ->FA 3 - normaali IP - reititys tunnel Tunnel = IP over IP 2

Rkantola/ /s Mobile-IP:ssä kolmioreititys voidaan myös välttää Home Agent Home Agent Mobiilin Kotiverkko Foreign Agent Foreign Agent Mobiili Correspondent Host MAY have a binding cache 1 2a 2b Binding Update Binding warning 3 5 4

Rkantola/ /s Mobile-IP:n piirteitä •Care-of-address muutokset autentikoidaan. •Reitityksen optimointi on luonnos, ei perus- Mobiili-IP:n osa –reitityksen optimointi voi yrittää myös pelastaa liikkuvalle mobiilille menossa olevia sanomia vanhan ja uuden FA:n neuvottelulla •Ei ota kantaa radiotekniikkaan tms siirtokerroksen asioihin. •Ei huolehdi siitä, kuka verkot omistaa ja kuka liikennöinnin maksaa.

Rkantola/ /s GSM:n pakettiliikennelaajennus on GPRS Circuit switched time slots Additional GPRS Default GPRS Dedicated GPRS time slots max Trx 1 Trx n Kullakin trx:llä 8 aikaväliä, jotka on luokiteltu: - puhtaasti puhelukäyttö - puhtaasti pakettikäyttö (optio) - pakettikäyttö oletuksena (pidetään vapaana puheluista vaikka kana- vanvaihdoin - pakettikäyttö mahdollinen, jos ei puheluliikennettä. Valitsemalla alueiden koko sopivasti piiri- ja pakettikytkentäisen liikenteen välille syntyy elastinen raja siten, että palvelun laatu, liikennetulot ja verkon käyttöaste optimoituvat. Alueiden määrittely on GPRS:n tuoma verkon suunnittelun lisätehtävä.

Rkantola/ /s GPRS:ssä liikkuvuudesta huolehtii SGSN ja liitännästä eri verkkoihin GGSN BSC BTS soluja BSC MS = ME+SIM BTS Liitäntä piirikytkentäiseen verkkoon SGSN GGSN Yrityksen Xyz Intranet GGSN HLR/AC/EIR Julkinen Internet Yrityksen ABc Intranet SGSN - Serving GPRS Support Node GGSN - Gateway GPRS Support Node MS ja GGSN välillä on “konteksti” Tunneli/konteksti

Rkantola/ /s GPRS liikkuvuuden hallinta IDLE STANDBY READY Mobiliteettitilamalli Attach Detach Ready timer Standby timer PDU välitys Verkko ei seuraa MS:n sijaintia Tilaaja on aktiivinen. Verkko seuraa tilaajaa solun tarkkuudella MS on online -valmiustilassa, mutta ei juuri nyt välitä paketteja. Verkko seuraa tilaajaa reititysalueen tarkkuudella: solu < RA < sijaintialue. MS löytyy solu- joukosta pagingillä.

Rkantola/ /s GPRS:n piirteitä •Verkossa kaksi liikkuvuuden hallintaa: piirikytkentäisten palveluiden ja pakettipalveluiden. •GGSN omistaa mobiilin ulospäin näkyvän IP -osoitteen. GGSN:stä ulospäin toimii normaali IP-reititys. •BSC-SGSN-GGSN (+HLR) verkko huolehtii liikkuvuudesta, käyttää sisäisiä topologiasidonnaisia IP-osoitteita. Vrt: SGSN/FA, GGSN/HA. •Tunnelissa MS - GGSN on kaksi IP-verkkoa päällekkäin: IP- pohjainen siirtoverkko ja sovellusten näkemä IP - hyötyverkko. –Ratkaisuun joudutaan, jotta verkkojen omistussuhteet ja liikennevastuut voidaan hallita –Header overhead on suuri (>100 oktettia)

Rkantola/ /s GSN to GSN verkossa on suuri header overhead RTP UDP IP GTP UDP IP L1 L2 Esim 20ms puhebitit RTP UDP IP GTP UDP IP L1 L2 GSN1GSN2 Gn rajapinta Puhepaketti kbit/s vie 15 …30 oktettia. Jos alla on ATM-verkko (48 oktettia hyötytietoa + 5 oktettia otsikkoa/solu), paljonko on overhead?

Rkantola/ /s Yhteenveto •Piirikytkentäisen ja pakettikytkentäisen verkon liikkuvuusratkaisut eroavat toisistaan. •GMSC kysyy puhelukohtaisesti HLR:ltä reititysohjetta: keskitetty arkkitehtuuri toimii. •Pakettiverkossa ei voida pakettikohtaisesti kysellä ulkopuoliselta solmulta, minne paketti laitetaan. Liikkuvuusratkaisu on joko adaptiivinen tai hajautettu. •GPRS ja mobile-IP arkkitehtuurit ovat saman kaltaiset –GPRS on sovitettu huolella yhteen GSM:n kanssa. –GPRS:ssä on huolehdittu siitä, kuka verkon laitteet omistaa ja kuka saa missäkin liikennöidä ja millä oikeuksilla.