TUTORIAL LTE

LTE

Protocolos EPC

En este apartado se describen las torres de protocolos utilizadas en las interfaces del EPC. Dado que muchas de las interfaces están basadas en una misma torre de protocolos, la descripción se realiza en base a los diferentes protocolos utilizados.

Es importante destacar que en la red troncal EPC todas las interfaces se soportan sobre una torre de protocolos que utiliza IP como capa de red, a diferencia de lo que ocurría con las familias anteriores de sistemas 3GPP donde algunas interfaces estaban soportadas sobre los protocolos ATM o SS7.

Interfaces basadas en GTP-U

Todas las interfaces para el transporte de información de plano de usuario entre los diferentes elementos de la red troncal EPC se soportan a través del protocolo GTP-U, excepto la variante de la interfaz S5/S8 basada en PMIPv6. La torre de protocolos utilizada en las interfaces basadas en GTP-U y el listado de dichas interfaces se proporciona en la siguente figura. Nótese que en la tabla ilustrada en la figura se indica el uso de GTP-U también sobre las interfaces S4 y S12 que forman parte de la solución de interworkingentre EPC y el resto de redes 3GPP. Además, el protocolo GTP-U también se utiliza en el plano de usuario de las interfaces internas de E-UTRAN, S1-U y X2-U.

El protocolo GTP-U fue desarrollado por 3GPP para dar respuesta a la implementación del servicio GPRS. En este sentido, el plano de usuario entre los nodos de red del dominio GPRS así como el plano de usuario de la interfaz Iu-PS de UTRAN se soportan también sobre dicho protocolo.

GTP-U proporciona un mecanismo de encapsulado para el envío de paquetes de usuario (e.g., paquetes IP del usuario) entre nodos de una red IP. Los paquetes que corresponden a un mismo servicio portador EPS se transportan con un identificador de túnel único denominado TEID (Tunnel Endpoint Identifier). A modo ilustrativo, en la siguiente figura se representa la implementación de un túnel entre las pasarelas S-GW y P-GW (interfaz S5/S8) mediante GTP-U. Tal como se observa en la figura, los paquetes IP del usuario llegan a la pasarela S-GW provenientes desde el equipo de usuario a través de los servicios portadores radio y S1. Las direcciones IP origen y destino de los paquetes de usuario recibidos en el S-GW contienen, respectivamente, la dirección asignada al terminal móvil y la dirección del equipo de la red externa al que vaya dirigido el paquete. Nótese que estas direcciones no tienen porque pertenecer al espacio de direcciones IP utilizado en la red de transporte que une las pasarelas S-GW y P-SW, de ahí la necesidad de establecer el túnel. Así, para proceder al envío de estos paquetes IP de usuario hacia la pasarela P-GW, el nodo S-GW los encapsula mediante el protocolo GTP-U. La cabecera del protocolo GTP-U ocupa un mínimo de 6 bytes y contiene el identificador de túnel TEID, junto con otros parámetros tales como identificadores de secuencia y longitud del paquete. El paquete GTP resultante tiene como dirección IP origen la dirección de la pasarela S-GW y como dirección destino la dirección IP de la pasarela P-GW. De esta forma, el paquete GTP puede ser encaminado en la red de transporte IP que une a ambas pasarelas. Una vez el paquete GTP llega a la pasarela P-GW, ésta extrae el paquete IP del usuario y lo inyecta en la red externa.

El establecimiento de un túnel GTP-U consiste básicamente en la elección del identifica-dor TEID asociado a un determinado servicio portador EPS en ambos extremos del túnel. La señalización necesaria para establecer el túnel se realiza mediante otros protocolos como GTP-C o S1-MME.

Interfaces basadas en GTP-C

El protocolo GTP-C soporta un conjunto de funciones que pueden clasificarse en torno a los siguientes aspectos:

• Gestión de sesiones. A través de los mensajes y procedimientos de señalización especificados para GTP-C, la red gestiona la creación de túneles GTP-U entre las entidades de la red por donde transcurre el plano de usuario. Dichos túneles forman parte de la propia gestión de sesiones en la red, mediante el establecimiento, mantenimiento/actualización y liberación de conexiones PDN y servicios portadores EPS.
• Gestión de movilidad. Mediante el protocolo GTP-C se llevan a cabo algunos de los procedimientos asociados con la gestión de movilidad tales como la transferencia de los contextos de información de los usuarios entre las entidades de red en casos de reubicación de las mismas.

En la siguiente figura se ilustra la torre de protocolos de las interfaces basadas en GTP-C y la relación de las interfaces. El protocolo GTP-C se utiliza en las interfaces S3, S4, S5/S8, S10, S11 y S16. Nótese que no hay una correspondencia directa entre los interfaces que utilizan GTP-U en el plano de usuario y GTP-C en el plano de control, ya que, tal como se ha comentado, el protocolo GTP-C abarca otras funciones además de la gestión de túneles GTP-U.

Interfaces basadas en Diameter

El protocolo Diameter es una evolución del protocolo RADIUS, inicialmente concebido para sustentar funciones de Autenticación, Autorización y Accounting(AAA). Diameter mejora las prestaciones de su antecesor RADIUS en aspectos tales como seguridad, robustez a pérdidas de mensajes, así como en su extensibilidad que permite el uso del protocolo para aplicaciones fuera del ámbito de AAA.

El protocolo Diameter se utiliza en un elevado número de interfaces del nuevo sistema LTE. En la siguiente figura se ilustra la torre de protocolos sobre la que se sustenta Diameter junto con una tabla donde se indican todas las interfaces del sistema LTE basadas en dicho protocolo. La transferencia de los mensajes Diameter entre nodos se realiza a través de un protocolo de transporte orientado a conexión como TCP o SCTP.

El protocolo Diameter se estructura en torno a una protocolo de base (Diameter base standard definido en RFC 3588 [32]) y un número de extensiones denominadas aplicaciones. El protocolo de base aporta las funcionalidades comunes del protocolo: formatos de los mensajes y elementos de información genéricos (e.g., Attribute Value Pairs, AVPs), mecanismos de transferencia de mensajes, descubrimiento de capacidades de las entidades Diameter, aspectos de seguridad, etc. Las “aplicaciones” definen los mensajes adicionales y los procedimientos necesarios para adaptar el uso de Diameter al soporte de una determinada funcionalidad. Entre las aplicaciones de Diameter más relevantes estandarizadas por IETF se encuentran: Network Access Server Application(aplicación de Diameter para servicios AAA en el marco de control de acceso a redes, definido en la RFC 4005 [33]) y Credit Control Application(aplicación de Diameter para la implementación de sistemas de tarificación on-line, como sistemas de prepago, definido en la RFC 4006 [34]). Además de IETF, otros organismos también pueden llevar a cabo la especificación de nuevas aplicaciones del protocolo, como es el caso de 3GPP. Estas aplicaciones de Diameter se denominan como “vendor-specific” y se les asigna un identificador de aplicación a través de IANA (Internet Assigned Numbers Authority). Así pues, 3GPP ha definido varias aplicaciones “vendor-specific” para la implementación de diferentes interfaces del sistema mediante extensiones del protocolo Diameter. Cada una estas aplicaciones de Diameter se recoge en un documento de especificación técnica del 3GPP. A modo de ejemplo, La aplicación de Diameter para la interfaz S6a/S6d se define en 3GPP TS 29.272 [25].