Transcript Mobiliteetin hallinta (.ppt)

Mobiiliverkot ja liikkuvuuden
hallinta
Liikkuvuuden vaikutus verkkoon
Erilaiset liikkuvuusratkaisut
Raimo Kantola
[email protected]
SG210, 4512471
Rkantola/18.10.00/s38.118
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.
Numeropositioiden käyttöaste:
m13 = 109
13 lg m = 9
m = 4.92
Solmujen määrä on
1 + m + m2 + … m12 =
Rkantola/18.10.00/s38.118
m13 - 1
m-1
= 305 miljoonaa
2
Puhelinkeskuksen numeroanalyysipuu liittää
väylöityksen signaloinnista saatavaan tietoon
signaloinnista: ABC - suunta
ABCd - lyhin tilaajanumero
ABCdefgh - pisin tilaajanumero
A
Buckets
B
C
Oletamme että
analyysi tehdään
puumaisella
tietorakenteella.
d
e
f
g
h
Rkantola/18.10.00/s38.118
3
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 merkittävästi useammin.
Päivitysliikenne Mbit/s
1000
100
10
1
Vaatii osittamista!
Rkantola/18.10.00/s38.118
0,01
0,1
1
10
Päitityksiä/tilaaja/päivä
4
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/18.10.00/s38.118
5
Sijaintialuehierarkia GSM:ssä
MSC/VLR-alue
Sijaintialue
Sijaintialue
Solu
Solu
HLR tietää keskuksen/vierailurekisterin
Vierailurekisteri tietää
- käytännössä joukko soluja
- päivitys kerran/6 min….24h ja
virta päälle/pois yms ehdoilla
- sijainnin päivityksessä myös autentikointi
Lopullinen sijainti selviää
hakualgoritmin (paging) avulla:
- kutsu lähetetään kaikissa soluissa
- MS vastaa omassa solussa
- näin voidaan valita paras solu
Rkantola/18.10.00/s38.118
6
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.
Voidaan kuljettaa yhdellä PCM-johdolla! Tuntuu toimivalta
ratkaisulta.
Rkantola/18.10.00/s38.118
7
Kiinnostavaa on tarkastella todennäköisten
kanavanvaihtojen määrää puhelun aikana
Kanavanvaihtojen määrä
Puhelun pituus 3 min
100
10
1
0
1
2
3
4
0,1
5
6
7
Nopeus 150 km/h
8Nopeus 100 km/h
Nopeus 50 km/h
Nopeus 15 km/h
Nopeus 5 km/h
0,01
Solun säde km
Toimivassa arkkitehtuurissa pysyy mieluiten alle yhden!
Rkantola/18.10.00/s38.118
8
GSM arkkitehtuuri
BTS
HLR/AC/EIR
MS
= ME+SIM
MSC
BSC
BSC
soluja
BTS
Rkantola/18.10.00/s38.118
VLR
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)
9
HLR reititystietokyselyn avulla MS
löytyy päättyvässä puhelussa
PSTN
GMSC
MAP/C
MAP/D
HLR
VLR
MSC
ISUP - IAM
SendRoutingInformation
SendRoutingInformationACK
ProvideRoamingNumber
ProvideRoamingNumberACK
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
Rkantola/18.10.00/s38.118
10
Monikerroksisella solukkoverkolla
saadaan lisää kapasiteettia
GSM900 makro
GSM1800 makro
GSM1800 mikro
GSM900 mikro
Solun valinta pyrkii
sijoittamaan nopeasti
liikkuvat MSt ylös.
Rkantola/18.10.00/s38.118
11
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.
hexa -positioiden käyttöaste:
m8 = 109
8 lg m = 9
m = 13.34
Solmujen määrä on
1 + m + m2 + … m7 =
m8 - 1
m-1
= 114 miljoonaa
Ei oleellista vaikutusta!
Rkantola/18.10.00/s38.118
12
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
Kaksi ratkaisuesimerkkiä: Mobile-IP ja GPRS.
Rkantola/18.10.00/s38.118
13
Liikkuvuus pakettiverkossa/tausta
• Reititys perustuu reititystauluihin,
joita luetaan pakettikohtaisesti.
• Reitittimet ylläpitävät
Kohde-IP osoite
reititystaulujaan reititysprotokollien avulla
• Taulun toteutuskelpoinen koko
luokkaa alle 100 000 riviä. Haku
kohdeosoitteen perusteella vaatii
monta muistiviittausta (<32).
RT
Lähtöportti/
Seur. R IP-os
- 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/18.10.00/s38.118
14
Mobile-IP:ssä käyttäjällä on
kotiagentti ja vierailija-agentti
Care-of-Address
Mobiili
Foreign
Agent
3
2
Tunnel =
IP over IP
1
Correspondent
Host
1 - normaali IP -reititys
2 - tunneli HA ->FA
3 - normaali IP - reititys
Rkantola/18.10.00/s38.118
Mobiilin Kotiverkko
Mobile’s
Home-IP-Address
Mobiilin täytyy päivittää
sijaintinsa tänne aika ajoin
Home
Agent
15
Mobile-IP:ssä kolmioreititys
voidaan myös välttää
Mobiili
3
4
5
Foreign
Agent
2a
1
Correspondent
Host MAY have
a binding cache
Mobiilin Kotiverkko
2b
Rkantola/18.10.00/s38.118
Home
Agent
16
Mobile-IP:n piirteitä
• Care-of-address muutokset autentikoidaan.
• Reitityksen optimointi on luonnos, ei perusMobiili-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/18.10.00/s38.118
17
GSM:n pakettiliikennelaajennus on GPRS
Trx 1
Circuit switched time slots
Circuit switched time slots
max
Additional GPRS
Trx n
Default GPRS
Dedicated GPRS time slots
max
Circuit switched time slots
Kullakin trx:llä 8 aikaväliä, jotka on
luokiteltu:
- puhtaasti puhelukäyttö
- puhtaasti pakettikäyttö (optio)
- pakettikäyttö oletuksena (pidetään
vapaana puheluista vaikka kanavanvaihdoin
- 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/18.10.00/s38.118
18
GPRS:ssä liikkuvuudesta huolehtii SGSN
ja liitännästä eri verkkoihin GGSN
Liitäntä piirikytkentäiseen verkkoon
BTS
HLR/AC/EIR
Yrityksen Xyz
Intranet
GGSN
MS
= ME+SIM
soluja
BTS
Rkantola/18.10.00/s38.118
BSC
BSC
SGSN
Yrityksen ABc
GGSN Intranet
SGSN - Serving GPRS
Support Node
GGSN Julkinen
GGSN - Gateway GPRS
Internet
Support Node
MS ja GGSN välillä on “konteksti”
19
GPRS liikkuvuuden hallinta
Verkko ei seuraa MS:n sijaintia
Attach
Detach
IDLE
READY
STANDBY
Mobiliteettitilamalli
Rkantola/18.10.00/s38.118
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 solujoukosta pagingillä.
20
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: IPpohjainen siirtoverkko ja sovellusten näkemä IP hyötyverkko.
– Ratkaisuun joudutaan, jotta verkkojen omistussuhteet ja
liikennevastuut voidaan hallita
– Header overhead on suuri (>100 oktettia)
Rkantola/18.10.00/s38.118
21
GSN to GSN verkossa on suuri header
overhead
Esim 20ms puhebitit
RTP
RTP
12
UDP
UDP
IP
IP
8
20
GTP
GTP
UDP
IP
Gn
rajapinta
UDP
IP
L2
L2
L1
GSN1
L1
GSN2
Rkantola/18.10.00/s38.118
8
20
Puhepaketti 6...12kbit/s
vie 15 …30 oktettia.
Jos alla on ATM-verkko
(48 oktettia hyötytietoa +
5 oktettia otsikkoa/solu),
paljonko on overhead?
22
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.
Rkantola/18.10.00/s38.118
23