230 likes | 350 Views
Mobiiliverkot ja liikkuvuuden hallinta. Liikkuvuuden vaikutus verkkoon Erilaiset liikkuvuusratkaisut Raimo Kantola raimo.kantola@hut.fi SG210, 4512471. Numeropositioiden käyttöaste:. m 13 = 10 9. 13 lg m = 9. m = 4.92. Solmujen määrä on. m 13 - 1. = 305 miljoonaa.
E N D
Mobiiliverkot ja liikkuvuuden hallinta Liikkuvuuden vaikutus verkkoon Erilaiset liikkuvuusratkaisut Raimo Kantola raimo.kantola@hut.fi SG210, 4512471
Numeropositioiden käyttöaste: m13 = 109 13 lg m = 9 m = 4.92 Solmujen määrä on m13 - 1 = 305 miljoonaa 1 + m + m2 + … m12 = m - 1 Liikkuvuus vaatii loogiset tilaajanumerot, jotka täytyy kuvata verkon topologiaan • Topologiaa kuvaavat reititysnumerot. • Tarkastellaan esimerkkiä: 109 tilaajaa, tilaajanumeron pituus 13 nroa Lasketaan karkea muistitarve analyysille: Analyysipuu koostuu 64 oktetin solmuista, joissa kussakin analyoidaan 1 nro.
A B d e f g Puhelinkeskuksen numeroanalyysipuu liittää väylöityksen signaloinnista saatavaan tietoon signaloinnista: ABC - suunta ABCd - lyhin tilaajanumero ABCdefgh - pisin tilaajanumero Buckets C Oletamme ettäanalyysi tehdään puumaisella tietorakenteella. Noodit d,e,f,g,h tarvitaan numeropituudesta ja solmusta riippuen h
Vaatii osittamista! Tilaajanumerolasku jatkuu ... Muistitarve analyysipuulle on 64 * 305 * 106 = 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.
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” jaerillinen reititysnumero (MSRN).
Vierailurekisteri tietää - käytännössä joukko soluja - päivitys kerran/6 min….24h ja virta päälle/pois yms ehdoilla - sijainnin päivityksessä myös autentikointi Lopullinen sijainti selviäähakualgoritmin (paging) avulla: - kutsu lähetetään kaikissa soluissa - MS vastaa omassa solussa - näin voidaan valita paras solu Sijaintialuehierarkia GSM:ssä HLR tietää keskuksen/vierailurekisterin MSC/VLR-alue Sijaintialue Sijaintialue Solu Solu
Voidaan kuljettaa yhdellä PCM-johdolla! Tuntuu toimivaltaratkaisulta. Lasketaan sijainnin päivitysliikenteen määrä 200 000 tilaajan HLR:ssä • 200 000 tilaajaa • 1 päivitys/5min/tilaaja • karkea oletus: olkoon 1 päivitys = 100 oktettia Liikenne = 200000 * 100 * 8/(5*60) = 0,53Mbit/s.
Kiinnostavaa on tarkastella todennäköisten kanavanvaihtojen määrää puhelun aikana Puhelun pituus 3 min Nopeus 150 km/h Nopeus 100 km/h Nopeus 50 km/h Nopeus 15 km/h Nopeus 5 km/h Toimivassa arkkitehtuurissa pysyy mieluiten alle yhden!
GSM arkkitehtuuri HLR/AC/EIR BTS 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) BSC MSC BSC MS = ME+SIM VLR soluja BTS
MSC HLR VLR HLR reititystietokyselyn avulla MS löytyy päättyvässä puhelussa MAP/C MAP/D GMSC PSTN 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
Monikerroksisella solukkoverkolla saadaan lisää kapasiteettia GSM900 makro GSM1800 makro GSM1800 mikro GSM900 mikro Solun valinta pyrkii sijoittamaan nopeasti liikkuvat MSt ylös.
hexa -positioiden käyttöaste: m8 = 109 8 lg m = 9 m = 13.34 Solmujen määrä on m8 - 1 = 114 miljoonaa 1 + m + m2 + … m7 = Ei oleellista vaikutusta! Muuttuuko tilanne jos tilaajanumerot ovat binäärisiä? • Esim: 109 tilaajaa, tilaajanumeropituus 128 bittiä Lasketaan karkea muistitarve analyysille: Analyysipuu koostuu 64 oktetin solmuista, joissa kussakin analyoidaan 4 bittiä. m - 1
Kaksi ratkaisuesimerkkiä: Mobile-IP ja GPRS. Brute force ratkaisu IP -mobiliteetille Muistitarve analyysipuulle (=RT) on 64 * 114 * 106 = 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
RT Kohde-IP osoite Lähtöportti/ Seur. R IP-os Liikkuvuus pakettiverkossa/tausta • Reititys perustuu reititystauluihin, joita luetaan pakettikohtaisesti. • Reitittimet ylläpitävät reititystaulujaan reititys-protokollien avulla • Taulun toteutuskelpoinen koko luokkaa alle 100 000 riviä. Haku kohdeosoitteen perusteella vaatii monta muistiviittausta (<32). - 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
Care-of-Address Mobiili Foreign Agent 3 tunnel 2 Tunnel = IP over IP 1 Mobiilin Kotiverkko Correspondent Host Home Agent Mobile’s Home-IP-Address Mobiilin täytyy päivittää sijaintinsa tänne aika ajoin Mobile-IP:ssä käyttäjällä on kotiagentti ja vierailija-agentti 1 - normaali IP -reititys 2 - tunneli HA ->FA 3 - normaali IP - reititys
Mobiili 3 Foreign Agent 4 5 2a Binding warning 1 Mobiilin Kotiverkko Correspondent Host MAY have a binding cache 2b Home Agent Binding Update Mobile-IP:ssä kolmioreititys voidaan myös välttää
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.
GSM:n pakettiliikennelaajennus on GPRS Kullakin trx:llä 8 aikaväliä, jotka onluokiteltu: - puhtaasti puhelukäyttö - puhtaasti pakettikäyttö (optio) - pakettikäyttö oletuksena (pidetään vapaana puheluista vaikka kana- vanvaihdoin - pakettikäyttö mahdollinen, jos ei puheluliikennettä. Trx 1 Circuit switched time slots Circuit switched time slots max Circuit switched time slots Additional GPRS Default GPRS max Trx n Dedicated GPRS time slots Valitsemalla alueiden koko sopivasti piiri- ja pakettikytkentäisen liikenteenvälille syntyy elastinen raja siten, että palvelun laatu, liikennetulot ja verkon käyttöaste optimoituvat. Alueiden määrittely on GPRS:n tuoma verkon suunnittelun lisätehtävä.
Tunneli/konteksti GPRS:ssä liikkuvuudesta huolehtii SGSN ja liitännästä eri verkkoihin GGSN Liitäntä piirikytkentäiseen verkkoon BTS Yrityksen Xyz Intranet HLR/AC/EIR GGSN BSC BSC MS = ME+SIM SGSN Yrityksen ABc Intranet GGSN SGSN - Serving GPRS Support Node GGSN - Gateway GPRS Support Node MS ja GGSN välillä on “konteksti” GGSN Julkinen Internet soluja BTS
Verkko ei seuraa MS:n sijaintia Tilaaja on aktiivinen. Verkko seuraa tilaajaa solun tarkkuudella MS on online -valmiustilassa, mutta ei juurinyt välitä paketteja. Verkko seuraa tilaajaa reititysalueen tarkkuudella: solu < RA < sijaintialue. MS löytyy solu-joukosta pagingillä. GPRS liikkuvuuden hallinta IDLE Attach Detach READY Standby timer PDU välitys Ready timer STANDBY Mobiliteettitilamalli
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)
GSN to GSN verkossa on suuri header overhead Esim 20ms puhebitit RTP RTP 12 Puhepaketti 6...12kbit/s vie 15 …30 oktettia. Jos alla on ATM-verkko (48 oktettia hyötytietoa + 5 oktettia otsikkoa/solu), paljonko on overhead? UDP UDP 8 20 IP IP GTP GTP UDP UDP 8 Gn rajapinta IP IP 20 L2 L2 L1 L1 GSN1 GSN2
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 kukasaa missäkin liikennöidä ja millä oikeuksilla.