Universidad Carlos III de Madrid

Curso de Verano: La Internet y Los Sistemas Móviles de 4G

Evolución de UMTS: Subsistema IP Multimedia Manuel Alvarez-Campana ([email protected])

Depto. Ingeniería de Sistemas Telemáticos ETSI Telecomunicación Universidad Politécnica de Madrid

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Indice • • • • •

Introducción Servicios multimedia en UMTS Protocolo de inicio de sesiones (SIP) Evolución de UMTS (Rel 4/5) Subsistema IP Multimedia

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UMTS: Subsistema IP Multimedia

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Colmenarejo 21-25 de Julio de 2003

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1

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Generaciones de sistemas móviles • 1ª generación (analógica) – NMT, TACS, AMPS, ... – Telefonía básica

• 2ª generación (digital) – GSM 900/1800/1900, DECT, IS-95, D-AMPS, ... – Telefonía, mensajes cortos (SMS), datos hasta 9,6 Kbit/s (CSD) – Extensiones para datos a mayor velocidad (generación 2.5): HSCSD, GPRS, EDGE, ...

• 3ª generación (multimedia) – IMT-2000 (ITU), UMTS (ETSI/3GPP), CDMA2000 (ANSI) – Servicios multimedia hasta 2 Mbit/s

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Capacidad de los sistemas móviles 2G

2’5G

3G

2M

es uet q a p

throughput bit/s

1M

100 k

10 k

UMTS

s uito HSCSD circ

9.6

14.4

EDGE

GPRS

GSM

WCDMA

FDMA/TDMA 1k

1998

1999

2000

2001

2002

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Normalización de UMTS

Europa EE.UU.

UMTS

Japón Japón •GSM/GPRS, MAP •WCDMA FDD/TDD

Corea China

www.3gpp.org

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Fases de normalización UMTS v3.x.y

2001 v4.x.y

Rel-99 mar 00

Rel-4

• Red de acceso: WCDMA+ATM • Núcleo de Red: GSM/GPRS

mar 01

• Dominio CS independiente de transporte (Voz sobre IP)

Rel-5

• Subsistema IP multimedia

2002 v5.x.y

mar 02

2003 v6.x.y

Rel-6 jun 03

Arquitectura All-IP

2000

• Red de acceso IP • Interfuncionamiento con WLAN

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Arquitectura UMTS - Release 99 Núcleo de Red

Red de Acceso (UTRAN) Node-B

Iu-CS

RNC

Iub

VLR

Dominio CS

A MSC

Iur

Node-B

GMSC

GSM 64 kbit/s

Iu Red SS7

Iu-PS

Uu (W-CDMA)

HLR

Gb Dominio PS SGSN

Infraestructura nueva: •acceso radio WCDMA •transporte ATM

GGSN

GPRS GTP/IP

Reutilización de infraestructura GSM/GPRS (con algunos cambios)

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Evolución a “all-IP” Release 99

Core Network

Release 4

Core Network

Dominio CS UTRAN

Iu-CS

Dominio CS UTRAN

TDM

ATM

Iu-CS

Dominio PS

Iu-PS

Release 5

Dominio PS

Iu-PS

IP

Core Network

Release 6

Dominio CS UTRAN

IP

ATM

Iu-CS

ATM

IP

IP

Core Network Dominio CS

UTRAN

Iu-CS

IP

IP

Dominio PS

Iu-PS

IP

Dominio PS

IMS

Iu-PS

IP

IP

IMS IP

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Visión de red “all-IP” CSCF

MSC Server

HSS

SCP

GMSC Server

RNC

Otras redes móviles

Backbone IP (IPv6 + QoS)

Node B

SWG

Node B

MGW

MGW FW

SGSN

GGSN

Internet

NMC

dit

RTC/RDSI

Aplicaciones y contenidos

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Indice • • • • •

Introducción Servicios multimedia en UMTS Protocolo de inicio de sesiones (SIP) Evolución de UMTS (Rel 4/5) Subsistema IP Multimedia

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Mapa de servicios UMTS Servicios IP multimedia (Rel5)

Servicios de valor añadido no asociados a llamadas

Telefonía IP Videotelefonía Streaming (PSS) Chats ...

E-mail

Vidoetelefonía H.324/M (Rel99)

MMS (22.140)

VHE Toolkits:

Teleservicios modo circuito (22.003)

WWW News

Otros Serv. Portadores (SMS,UUS , USSD)

Serv. Portadores Modo Paquete GPRS (22.060)

Servicios Suplementarios (22.004)

Telefonía FAX SMS

CAMEL MExE (U)SAT OSA LCS Internet Tools (CPL, Java,...)

Serv. Portadores Modo Circuito (22.002)

Necesidad de mecanismos que garanticen QoS • sobre todo para servicios conversacionales y streaming • más aún en modo paquete (servicios multimedia IP) => Rel 5

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Mensajería Multimedia (MMS) • Estandarizado por el 3GPP (TS 22.140 y 23.140) – aplicable (con limitaciones) a redes 2G/2,5G – reuso de estándares 3GPP, WAP Forum, W3C, IETF

• Mensajes multimedia: – – – – –

texto audio (AMR, MP3, MIDI) imágenes (JPEG, GIF, WBMP) animaciones vídeo (H.263, MPEG4) -> UMTS

To: 60721021 Message: Mom, Here’s a new picture of the baby.

• Formato SMIL

dit

– Synchronised Multimedia Integration Language (W3C) – Basado en XML (sintaxis simila a HTML) – Similar a presentación PowerPoint

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Arquitectura de red MMS Multimedia Messaging Center (MMS-C) Message Store

Message Store

MMS Server HLR

GPRS / UMTS

MM5

MAP WAP/ WSP

MM1

MM2

BD Servicios Operador BD Preferencias Usuarios

MMS Server

BD Servicios Operador BD Preferencias Usuarios

MMS Relay

MM4

Servidor Mensajería Unificada

SMTP

MM5

MMS Relay

MM3

Internet / Intranet

SMTP

Servidor e-mail

WAP Push -Proxy SMS-C Gateway

Servidores de Contenidos Multimedia

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Evolución de mensajería móvil AYER

HOY

SMS/GSM MMS / GPRS •Texto 160 car. • Texto • Sonido • Imágenes

MAÑANA

MMS / UMTS + Vídeo (PSS)

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Packet-Switched Streaming Service (PSS) • • •

3GPP TS 26.233 y 26.234 (Rel 4/5) Descarga de audio/video clips Protocolos: – HTTP/SMIL 2.0 – RTSP (Real Time Streaming Protocol, RFC 2326) – RTP/RTCP (RFC 1889)

UMTS Servidor

Cliente HTTP GET SESSION DESCRIPTION SETUP PLAY

• Códecs: – Vídeo: H.263 y MPEG-4

RTP: Voz RTP: Vídeo

– Audio: AMR y MPEG-4 AAC-LC

PAUSE

TEARDOWN

•

Posibilidad de integración con MMS

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Servicios Multimedia - Videoconferencia •

Modo circuito: ITU-T H.324/M – H.324: videoconferencia sobre RTC (módem V.34) • Códecs: H.263 (vídeo) y G.723.1 (audio)

Release 99

– H.324/M: versiones para redes móviles • Códecs: H.263/MPEG4 (vídeo), G.723.1/AMR (audio)

•

Modo paquete:

– ITU-T H.323 o IETF SIP – Requiere:

Release 5

• Subsistema IP Multimedia • Soporte de QoS adecuados • Pospuesto para Release 5

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Indice • • • • •

Introducción Servicios multimedia en UMTS Protocolo de inicio de sesiones (SIP) Evolución de UMTS (Rel 4/5) Subsistema IP Multimedia

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Protocolo de Inicio de Sesión (SIP) • Protocolo para establecimiento de sesiones multimedia entre dos o más participantes Llamante

• Estándar del IETF:

Llamado

Red IP

– RFC 2543 (mar 99) – RFC 3261 (jun 02)

INVITE 180: Ringing 200: OK ACK

• Características

dit

Voz/Vídeo (RTP)

– Modelo cliente/servidor – Mensajes textuales (~http) – Simplicidad

BYE 200: OK

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Formato de mensajes SIP SIP URL (Uniform Resource Locator) varios formatos Línea inicial

INVITE sip:[email protected] SIP/2.0

Parámetros SIP

Via: SIP/2.0/UDP 138.4.3.130:3456 CallID: [email protected] From: sip:[email protected] To: sip:[email protected] Cseq: 1 INVITE Content-type: application/SDP Content-Length: 98

Cuerpo (mensaje SDP)

v=0 c=IN IP4 138.4.3.130 m=audio 49170 RTP/AVP 0 a=rtpmap:0 PCMU/8000

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Registro SIP empresa.com

Servidor de localización

(Base de datos)

Servidor de registro

Protocolo no normalizado por SIP

200 OK REGISTER sip:reg.empresa.com SIP/1.0 From: sip:[email protected] Contact: Expires: 3600

lab

blas@lab

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Servidor Procurador (proxy) empresa.com

INVITE [email protected] From: [email protected] To: [email protected]

Servidor de localización

dit.upm.es 200 OK

Servidor proxy

epi@greco ACK [email protected] CallID: 970627@greco

s la ¿b

?

om .c sa e pr em b. la

INVITE blas@lab From: [email protected] To: [email protected]

greco ACK Voz /Víd eo (R TP)

blas@lab

200 OK

blas@lab

lab

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Otros usos de SIP - Notificación de eventos • Permite solicitar la notificación asíncrona de eventos – – – –

rellamada automática notificación de presencia mensajes en espera ....

Llamante INVITE Busy here

• Nuevos métodos SIP:

ocupado

ACK

– SUBSCRIBE

SUBSCRIBE

• SUBSCRIBE con duración 0 cancela la petición de notificaciones

– NOTIFY

200: OK

NOTIFY

libre

200: OK INVITE

dit

...

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Llamado

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Indicación de presencia y mensajería instantánea • •

La indicación de presencia hace uso de los métodos SUBSCRIBE, NOTIFY y REGISTER La mensajería instantánea usa el nuevo método MESSAGE – similar a mensajes cortos (multimedia)

Observador Disponible

SUBSCRIBE

Agente de Presencia

OK

No disponible

NOTIFY

Observado REGISTER OK

Desconocido

OK MESSAGE

OK

dit

MESSAGE OK

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Introducción Servicios multimedia en UMTS Protocolo de inicio de sesiones (SIP) Evolución de UMTS (Rel 4/5) Subsistema IP Multimedia

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Arquitectura UMTS (Rel. 4/5) Servicios y aplicaciones* SCP

CAP

Dominio PS

Gr

TE

BSS/ GERAN

MT R

TE

Um MT

R

Iu

Mg

Mr MRF Gi

Gc

Iu/Gb

Gi MGCF

GGSN

SGSN A

Mm CSCF

Gi

EIR Gf

Mw

Ms Cx

HSS *

T-SGW *

Gi Redes convencionales RTC/RDSI

Iu

UTRAN

MGW

Uu

MGW Nb

Mc

Iu

Subsistema IP Multimedia

Mc

Gn

Iu

Redes IP multimedia

CSCF

R-SGW * Mh

Mc Nc

Redes de acceso alternativas

MSC server

GMSC server

T-SGW*

Dominio CS

CAP C

CAP D

Señalización Señalización + datos

SCP Servicios y aplicaciones*

HSS *

Redes móviles con señalización convencional

R-SGW * Mh

dit

*) Elementos duplicados por motivos de claridad

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Redes de telefonía sobre IP N TRA SIG S7/IP)

RTC

Voz/PCM 64 Kbit/s

MG

/ CO GA 248 ME H.

SG

S7 P/S U S I

IP)

Softswitch

ME G H. ACO 24 / 8

(S

SIG T (SS RAN 7/

MGC

Voz/RTP/UDP/IP

SG

MG

ISU P/S S7

Voz/PCM 64 Kbit/s

RTC

Red IP

MG MGC

Media Gateway Media Gateway Controller

RTP SG

Real Time Protocol Signalling Gateway

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Nueva arquitectura del dominio CS (Rel 4) Capa de servicios

SCP P CA

RA NA P

Capa de control

H.248

P ISU

Iur

Iu MGW

(W-CDMA)

TSWG

RNC

UTRAN Uu

H.248

L2 AA R/ AM

Node B

GMSC Server

ISUP/SIGTRAN (o BICC)

AN TR SIG

Iub Node B

M AP

CAP

P MA

MSC Server

HSS

MGW

TDM

RTC

¿ATM, IP, TDM?

Capa de conectividad

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Subsistema IP Multimedia (IMS) Dominio-PS

Telefonía Q.931/DTAP

UE

Subsistema IP Multimedia

UTRAN

Aplicaciones SIP VoIP

Dominio CS

... ...

•

Extensión del dominio PS para el soporte de servicios multimedia IP (VoIP, videotelefonía IP, …), basado en estándares del IETF: – RTP (Real Time Protocol) – SIP (Session Initiation Protocol) • Terminales SIP, Servidores SIP

•

Planteado (al menos inicialmente) como complemento al dominio CS – soporte de terminales Rel3 (señalización tipo GSM, Q.931/DTAP).

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Servicios Multimedia IP en UMTS Servidor de aplicaciones

INVITE

UMTS

INVITE

IMS

Internet

Servidor SIP (CSCF)

INVITE

INVITE INVITE

RTC

Pasarela

dit

IMS IP Multimedia Subsystem CSCF Call Session Control Function

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Arquitectura del Subsistema IP Multimedia Capa de servicios

SCP

CAP

HSS MAP

MAS AAA, LDAP, ···

SIP

MGCF

AN TR SIG

CSCF

Capa de control

SIP

TSWG SIP

H.248

P ISU

Iu RANAP Node B

RNC

SGSN

GGSN

MGW

TDM

RTC

SIP+RTP Node B

Uu

UTRAN

(W-CDMA)

dit

Capa de conectividad

Red IP

SIP Session Initiation Protocol RTP Real Time Protocol MAS Multimedia Application Server

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Registro en Subsistema IP Multimedia CSCF UTRAN

SGSN

GGSN

HSS

Establec. contexto PDP (SIP, CSCF)

REGISTER

200 OK

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Sesión SIP con usuario Internet CSCF UTRAN SGSN

SIP proxy

FW

GGSN

INVITE 100 Trying

INVITE INVITE

100 Trying Contexto PDP (RTP, Internet

RSVP / DIFFSERV

180 Ringing

180 Ringing

180 Ringing

200 OK

200 OK

200 OK

ACK

ACK

ACK

Flujo RTP BYE

BYE

BYE

200 OK

200 OK

200 OK

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Sesión SIP con usuario RTC CSCF

MGCF

TSGW

UTRAN SGSN

RTC

MGW

GGSN

INVITE

INVITE

100 ‘Trying’

100 ‘Trying’

ISUP:IAM

180 ‘ringing’

180 ‘ringing’

ISUP: ACM

200 OK

200 OK

ACK

ACK

H.248

Contexto PDP (RTP, MGW)

ISUP: ANM H.248

H.248

Flujo RTP

dit

PCM 64 Kbit/s

BYE

BYE

ISUP: REL

200 OK

200 OK

ISUP: RLC

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Referencias • J.M. Hernando, C. Lluch (Ed.), Comunicaciones Móviles de Tercera Generación UMTS, Telefónica Móviles España, 2000. • H. Kaaranen (Ed.), UMTS Networks: Architecture, Mobility and Services, John Wiley & Sons, 2001. • H. Holma, A. Toskala (Ed.), WCDMA for UMTS - Radio Access for Third Generation Communications, John Wiley & Sons, 2000. • F. Muratore, UMTS Mobile Communications for the Future, John Wiley & Sons, 2001. • D. Wisely, P. Eardley, L. Burness, IP for 3G, John Wiley & Sons, 2002. • Especificaciones UMTS www.3gpp.org

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