Теоретические и практические аспекты интеграции Wi-Fi с сетями сотовой связи

Теоретические и практические аспекты интеграции Wi-Fi с сетями сотовой связи
Александр Фелижанко
Инженер-консультант Cisco, CCIE
+74959611422
afelizha@cisco.com
Ноябрь 2014

© 2013- 2014 C isco and/or its affiliates . All rights reserved. Cisco Confidential 2

Зачем нужны малые соты?

Взгляд 3GPP на вопросы интеграции Wi-Fi с сетями сотовой связи

Решения Cisco по интеграции Wi-Fi с сетями сотовой связи

Сохранение сессий при хэндоверах 3GPP ↔ Wi-Fi

Заключение
Содержание

Взрывной рост мирового мобильного трафика данных в 2013–2018 г.г.
К 2018 году будет свыше 10 млрдподключенных мобильных устройств, включаяузлы M2M
•
Доля смартфонов вырастет с 21% до 54%
•
Доля соединений 3G вырастет с 29% до 59%
•
Число соединений 4Gвырастет в 7.4 раза с 203 млн до 1.5 млрд, их доля –с 3% до 15%
•
Число соединений M2Mвсех типов (2G/ 3G/4G) вырастет с 0.3 млрд до 2 млрд
К 2018 году мировой мобильный трафик данных вырастет в 11 раз и достигнет15.9эксабайт в месяц
•
Доля трафика от смартфонов вырастет с 88% до 96%
•
Доля трафика 4Gвырастет с 30% до 51%
•
Объем видеотрафика вырастет в 14 раз, его доля составит 69%
Cisco Visual Networking Index: Global Mobile Data Traffic Forecast Update, 2013–2018, 5 февраля2014 г.
http://www.cisco.com/en/US/solutions/collateral/ns341/ns525/ns537/ns705/ns827/white_paper_c11-520862.html

Суммарная пропускная способность макросетей не справится с прогнозируемыми темпами роста трафика
0
5
10
15
20
25
30
35
40
Сегодня -80МГц
2015 -160МГц+
700 МГц
900 МГц
900 МГц
1800 МГц
1800МГц
2100 МГц
2100 МГц
2.4 ГГц
2.3/2.6 ГГц
МГц
ДОСТУПНАЯ ШИРИНА ПОЛОСЫ КАНАЛА
СПЕКТРАЛЬНАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ ПО МЕРЕ РАЗВИТИЯ ТЕХНОЛОГИЙ РАДИОДОСТУПА
2xрост ширины полосы канала
1.5xрост эффектив- ности ее использо- вания
Требуется обеспечить 11xрост мобильного трафика в течение 5 лет
Для того, чтобы хорошо масштабироваться, будущие сети, обслуживающие мобильный Интернет, должны будут включать в себя архитектуры малых сот 3G, LTEиWi-Fi
4-5xростколичества/ плотности секторов
ДЕНСИФИКАЦИЯ СЕТИ С ПОМОЩЬЮ МАЛЫХ СОТ3G, 4G, WiFi

Трафик Wi-Fi растет намного быстрее мобильного
Источник: Mark Grayson
Источник: Mobidia


Местный сотовый трафик уже проигралбитву домашнему Wi-Fi

По данным Mobidia, объем трафика, передаваемого через домашний Wi-Fi, превышает местный сотовый трафик более чем в 4 раза

Сотовый роуминговый трафик уже проигралбитву публичному Wi-Fi

По данным Mobidia, объем трафика через публичный Wi-Fi превышает сотовый роуминговый трафик в 2-5 раз

Местный сотовый трафик уже находится под угрозой со стороны публичного Wi-Fi

По данным Mobidia, объем трафика через публичный Wi-Fi уже составляет около 30% всего местного сотового трафика

Согласно “iPassWi-Fi Growth Map”, к 2018 году 1 публичный хотспот будет приходиться на каждые 20 человек населения Земли(сейчас на 150 человек)
Сотовый трафик vs трафик Wi-Fi (публичныйидомашний)


Через Wi-Fi уже передается огромный объем данных со смартфонов

IEEE 802.11acуже превышает скорость передачи данных LTE-Advanced

Wi-Fi обеспечивает не только сетевое присоединение, но и создает новые источники доходов для операторов (сбор и корреляция данных, аналитика)

Услуги Wi-Fi Calling иiMessengeнаглядно демонстрируют, как наиболее ценные для мобильных операторов байты передаются через сети Wi-Fi(голосовые вызовы и текстовые сообщения)

Операторские сети Wi-Fi уже превзошли LTE при проектировании и расчете емкости

Средняя скорость на абонента Wi-Fi в ЧНН берется из расчета 100 кбит/с

Сложная многоуровневая архитектура сотовых сетей больше не требуется в мире “good enough” (“и так сойдет”)
Время изобрести Wi-Fi заново? Стратегия “Сначала Wi-Fi, а уже потом сотовая связь”?

Мобильность на уровне приложения:Когда Samsung Galaxy S4входит в зону покрытия Wi-Fi, установленный вызов Skype мгновенно обрывается, но Skype его переустанавливает, когда после установления соединения с Wi-Fiсмартфон сам завершает сессию 3G
Увязка на уровне сессии с реализацией в ОС: Для определенных сайтов и приложений iOS7 пытается согласовать опцию MultiPathTCP (RFC6824). Первичное соединение с сервером через Wi-Fi, резервное через 3G. Для оптимизации опыта пользования сервисом iOS7 измеряетRTTк Siri и передает данные через соединение с наименьшим RTT
Увязка на уровне IP: В спецификации EPC3GPPRelease 8 включена мобильность на основе DSMIPv6, а в Release 10 DSMIPv6доработан для поддержки IP Flow Mobility. UEдолжен сам принимать решение, какие потоки данных передавать через какую сеть радиодоступа
Увязка на канальном уровне: В спецификациях UMA/I-WLANопределены оверлейные сети IPSec/IKEv2для туннелирования сотового канального уровня через IP. В 3GPPSaMOGR12определен подход безIPSec, но с WLCP/UDP/IP иvMACна TWAGдля туннелирования данных
Увязка на PHY-уровне: Изучение возможности агрегирования полос (Carrier Aggregation)в лицензируемом диапазоне и каналов в нелицензируемом диапазоне 5ГГц. Требуется добавление в LTE функции WiFiListen-Before-Talk (LBT) для “вежливого”сосуществования частотных диапазонов
Увязка нелицензируемого и лицензируемого доступаСуществуют различные подходы
Unlicensed
Двойное присоединение через LTEи Wi-Fi: Изучение возможности двойного присоединения к сети с агрегированием каналов LTE иWi-Fi, включая совмещенные LTE/WiFiи раздельные базовые станции

The 3rdGeneration Partnership Project

Проект 3GPPоснован в декабре 1998 года

Объединяет шесть организаций из Европы, Северной Америки и Азии, разрабатывающих телекоммуникационные стандарты для своих территорий. Эти организации имеют статус Организационных Партнеров проекта
ETSI(Европа), ATIS(США), TTC(Япония), ARIB(Япония), CCSA(Китай), TTA(Корея)

Первоначальной целью 3GPPбыла разработка Технических Спецификаций (TS) и Технических Отчетов (TR)для мобильных систем третьего поколения (3G) на основе развития технологий, реализованных в опорной сети и сети радиодоступа GSM

В настоящее время сфера стандартизации 3GPPохватывает сеть радиодоступа, опорную сетьи сервисы

Соответствующие Группы разработки Технических Спецификаций (TSG)

Radio Access Network (RAN), Core Network & Terminals (CT),Service & Systems Aspects (SA) и GSMEDGE Radio Access Network (GERAN)

Каждая из четырех TSGимеет в своем составе несколько рабочих групп (WG)

На заседания WGтакже приглашаются Партнеры, представляющие телекоммуникационный рынок, такие как GSMAssociation, Global mobile Suppliers Association(GSA), IMSForum, Small Cell Forum и др.

Что регламентирует 3GPP?

Радио-интерфейсы 3GPP

2Gрадио: GSM, GPRS, EDGE

3Gрадио: WCDMA, HSPA

4Gрадио: LTE, LTE-Advanced

Опорная сеть 3GPP

2G/3G: Опорная сеть GSM

3G/4G: Evolved Packet Core (EPC)

Сервисный уровень 3GPP

Сервисы GSM

IP Multimedia Subsystem (IMS)

Multimedia Telephony (MMTel)

Поддержка механизмов доставки сообщений и другой функциональности, специфицированной альянсом Open Mobile Alliance(OMA)

Сервисы экстренных вызовов, а также оповещения и уведомления населения о чрезвычайных ситуациях

и т.д.

Концепция релизов 3GPP
2000
R99
R4
R5
R6
R7
R8
R9
R10
R11
Пакетная опорная сеть
Сервисы
Высоко- скоростной радиодоступ
LTE- Advanced
2001
2002
2003
2004
2005
2006
2007
2008
2009
2010
2011
2012
LTE-A Enhance- ments
2013
2014
R12
2015
R13
W-CDMA
HSDPA
HSUPAMBMS
HSPA+ (MIMO…)
LTE
MTC, HetNetMobility, WLANInterworking
Advanced IP Interconnection of Services (IPXS)
EPC
IMS
MMTel
Common IMS
HSPA+, LTE-A Enhancements
2016
I-WLAN

Четыре ключевые проблемы на границе 3GPPи WLANИсточник: 4GAmericas
Преждевременный выбор устройством сети WiFiбез сравнения условий в сетях 3GPPи WiFi
Узкая полоса пропускания на канале между точкой доступа WiFiи опорной сетью
Сильный сигнал WiFiи при этом высокая загрузка точки доступа WiFi
Эффект пинг-понг при примерно одинаковых уровнях сигналов 3GPPи WiFi

WLANNetwork Selection for 3GPPTerminals (WLAN_NS) 3GPPTR23.865 Release 12

Цели и задачи

Оценить существующие процедуры выбора сети доступа терминалами 3GPP, которые используют механизмы Hotspot 2.0и операторские политики на основе ANDSF, на предмет необходимости доработки спецификаций

Существующий механизм выбора сети 3GPPPLMNпо TS23.122должен быть сохранен

Могут потребоваться усовершенствования процедур ANDSF

Гарантировать, что содержимое объектов управления (MO), относящихся к политикам и процедурам выбора сети WLAN, которые используютсяоператорами Wi-Fi и операторами 3GPP, не противоречит друг другу

Найти возможные пути решения потенциальных конфликтов между политиками, полученными от провайдеров Wi-Fiсредствами Hotspot 2.0, и политиками, полученными от операторов 3GPPчерез ANDSF

Идентифицировано 9 ключевых проблем и 16 возможных решений

Проблема №1. Выбор сети WLAN через роуминговые соглашения

UEполучает от ANDSFприоритезированный список SSID

Но оператор 3GPPне заинтересован в передаче списка SSID,он даже может не знать все SSIDпровайдеров сетей доступа Wi-Fi

Вместо этого он заинтересован в передаче преференций типа“WLAN, которые связаны с партнером X, имеют высший приоритет”и “WLAN, которые связаны с партнером Y, имеют следующий приоритет”

С текущими спецификациями ANDSFэто невозможно (только SSID)

Кандидат –реалмы, которые поддерживает WLANи которые UEможет распознать с помощью Hotspot 2.0
3GPPPLMN
Роуминговый партнерX
(Roaming Consortium X)
Роуминговый партнерY
(Roaming Consortium Y)
WLANA
WLANB
WLANC
SSIDA
SSIDB
SSIDC
ANDSF
Роуминговые соглашения между оператором3GPPи роуминговыми партнерами
Политики с преференциями SSID
Роуминговые соглашения между роуминговыми партнерами и провайдерами сетей Wi-Fi
Индивидуальные провайдеры сетей доступа Wi-Fi
UE

Optimized Offloading to WLANin 3GPPRAT Mobility (WORM) 3GPPTR23.890 Release 12


Изучение ключевых проблем и анализ возможных технических решений для оптимизированной выгрузки трафика в WLANпри хэндоверах между сетями доступа 3GPP(E-UTRAN, UTRAN, GERAN)

Описание возможных расширений ANDSF, которые позволят дифференцировать политики предпочтения различных типов сетей доступа 3GPPпо отношению к WLANи, например, дадут возможность UEпредпочесть WLANпо отношению к UTRAN, но не по отношению к E-UTRAN,причем как при начальном подключении к сети, так и при хэндоверах

Ключевые проблемы и сценарии

Предпочтение WLANпо отношению к специфичным типам сетей радиодоступа 3GPPв ANDSF

Мобильность IP-трафика при хэндоверах между сетями доступа 3GPPможет привести к потере, деградации (нехватка ресурсов) или приостановке трафика (при CSFB) через несущие EPS, однако в ряде случаев он мог бы быть переведен в WLAN

Эффект пинг-понг при выгрузке трафикачерез WLAN. Что делать с трафиком, например, в случае возврата в более предпочтительную чем WLANсеть (E-UTRAN) или в случае короткого вызова CSFB?

Возможные решения

Обновление объектов управления ANDSFMO для ISRP

Предпочтение специфичного типа доступа 3GPP(например, GERAN, UTRAN, E-UTRAN) по отношению кWLAN

При этом дифференциация внутри типа доступа (например, R99UTRANпо отношению к HSPA) не поддерживается

Обновление TS23.402 в части поведения PDNGW– при хэндовере соединения к PDNиз 3GPPв WLANи индикации о том, что несущие EPS приостановлены, считать их возобновленными и выполнить хэндовер

В дополнение –обновление TS23.272в части поведения UEпри CSFB: если на время терминации CS-услуг (голос, USSDи т.д.) соединение к PDNбыло переведено в WLAN, UEне обязательно возобновлять пакетный трафик через текущий сектор базовой станции, и UEможет остаться в WLAN

Во избежание эффекта пинг-понг, UEможет использовать любой, в том числе фирменный, гистерезисный механизм, например, на основе таймеров, чтобы предотвратить возврат пакетного трафика из WLANв исходую сеть радиодоступа (типа E-UTRAN)при кратковременном хэндовере в эту сеть



Определить доступ в EPC из доверенной сети WLAN через интерфейс S2a на основе GTPv2и PMIPv6

Определить компоненты и функциональность доверенной сети доступа Trusted WLAN Access Network (TWAN)

Ограничения в Release 11

Для WLAN UE через WLAN допускается единственное соединение с PDN

Одновременное соединение WLAN UE с EPC и с локальной сетью IP, доступной через TWLAN, не поддерживается

Мобильность без сохранения IP-адреса

Не определен механизм согласования режима соединения и передачи от UE в сторону EPC через WLAN таких параметров как индикатор хэндовера, имя APN, Protocol Configuration Options (PCO)
3GPPAccess
S5
Gxc
Gx
Operator’s IP Services (IMSetc.)
SGi
Rx
SWx
S6b
Trusted WLANAccess Network
S6a
STa
SWw
HPLMN
Non-3GPPNetworks
S2a
Интеграция доверенного WiFiчерез S2aна основе GTPи PMIPv6SaMOG–S2aMobility based On GTP, 3GPPTS23.402 Release 11
HSS
PCRF
3GPPAAA
Server
PDN
Gateway
Serving
Gateway
UE
Спецификации 3GPP
•
TR23.852
•
TS 23.402

SaMOGRelease 11Основные компоненты и их функции

3GPPрекомендовал возложить выполнение функций доверенной сети доступа TWANна следующие функциональные компоненты

WLANAccess Network (WLANAN)

Терминирует радиоканалы WLANот UE

Состоит из одной или более точек доступа WLAN

Trusted WLANAAA Proxy (TWAP)

Терминирует STa(протокол DIAMETER)

Trusted WLANAccess Gateway (TWAG)

Терминирует S2a(протоколы PMIPv6или GTPv2)

При этом интерфейсы между WLANAN, TWAP, TWAGне рассматриваются и не регламентируются в 3GPP
Trusted WLANAccess Network
Trusted WLAN
AAA Proxy
Trusted WLAN
Access Gateway
SWw
STa
S2a
Интернет
Non-seamless WLANoffload(NSWO),
или Local Breakout (LBO)
WLANAccess Network


Три режима работы UEпри присоединении через Trusted WLAN
1.
Transparent Single-Connection mode–не требует доработок на UE, полная совместимость с Release 11 со всеми его ограничениями

В любой момент времени допускается единственное соединение с PDNпри доступе к EPCили NSWO(местная выгрузкатрафика с TWAG)

При доступе к EPCчерез WLANприсоединение только к APN, заданному по умолчанию

Мобильность без сохранения IP-адреса
2.
Single-Connection mode–минимальные доработки на UE, а именно реализация расширений протокола EAP-AKA’ для согласования режима работы и таких параметров как тип соединения (PDNили NSWO),тип PDN(IPv4, IPv6илиIPv4v6), индикатор хэндовера, имя APN, Protocol Configuration Options (PCO)*

В любой момент времени допускается единственное соединение с PDNили NSWO

При доступе к EPCчерез WLANприсоединение к любому APN с указанным именем

Мобильность с сохранением IP-адреса
3.
Multi-Connection mode–более серьезные доработки на UE: реализация расширений EAP-AKA’ и нового протокола WLCPмежду UEи TWAGдля управления соединениями(WLANControl Protocol, 3GPPTS24.244)

Несколько соединений через WLANс разными PDNпри доступе к EPCи в то же время возможен NSWO

Мобильность с сохранением IP-адреса

На User Plane –мультиплексирование соединений UEк разным PDNс использованием уникальных для каждого соединения виртуальных MAC-адресов TWAG, согласуемых с UEчерез WLCP
Усовершенствования в 3GPPTS23.402 Release 12
* См.например http://tools.ietf.org/id/draft-ietf-netext-wifi-epc-eap-attributes-08.txt

WLCP
UDP
IP
802.11
SWw
WLCP
UDP
IP
802.11
802.11
GTP-U
UDP
IP
L2/L1
Стекипротоколов при различных режимах работы UE3GPPTS23.402 Release 12
IPv4/IPv6
GTP-U
UDP
IP
L2/L1
IPv4/IPv6
802.11
SWw
S2a
UE
TWAN
P-GW
802.11
including
L2trigger
GTP-С
UDP
IP
L2/L1
GTP-С
UDP
IP
L2/L1
802.11
including
L2trigger
SWw
S2a
UE
TWAN
P-GW
L3trigger
L3trigger
GTP-С
UDP
IP
L2/L1
GTP-С
UDP
IP
L2/L1
S2a
UE
TWAN
P-GW
User Plane
Control Plane for Tunnel Management
Single-Connection mode
Multi-Connection mode
Single-и Multi-Connection mode
L2Trigger –Событие EAPSuccess вызывает отправку L2-триггера со стороны TWAPв сторону TWAG(сMAC-адресомUEи данными подписки)
L3Trigger –Запрос Layer 3 Attachсо стороны UE(например, сообщениеDHCPv4Discover)

Начальное присоединение UEк EPCчерез WLANи S2a/GTPСценарий с L2-триггером и UEне в роуминге, 3GPPTS23.402 Release 12
HSS/
AAA
hPCRF
PDN-GW
TWAN
TWAP/TWAG
UE
1. Non-3GPPspecific procedures
3. Create Session Request (IMSI, APN, RAT type, PDNType, …)
4. IP-CAN Session Establishment Procedure
7. GTPTunnel
2. EAPAuthentication
2. Authentication & Authorization (UEmay negotiate with the AAA Server a connection mode, e.g. single-connection or multi-connection mode)
5. Update PDN-GWAddress
6. Create Session Response (UEIP Address, PDNGWAddress…)
8. EAPAuthentication Completion (Success)
8. EAPAuthentication Completion (TWANinforms AAA of the result of the tunnel setup, APN, TWAGUser Plane MAC address, PDNType, PDNAddress and other parameters received from the PGW)
9. L3Configuration Completion(DHCPv4)
10. In Multi-Connection mode, UE-Initiated Connectivity to PDNin WLANon S2aProcedure may be performed to establish another PDNconnection

PDNGateway
Multi-Access PDNCONnectivity(MAPCON) 3GPPRelease 10


Определен для ситуаций, когда присутствуют сети доступа 3GPP и не-3GPP, например, WLAN

Дает возможность UE с несколькими сетевыми интерфейсами устанавливать несколько соединений с PDN к различным APN через разные сети доступа

При межсистемных хэндоверах все соединения к одному и тому же APN должны обеспечиваться через один и тот же доступ

Операторские политики для контроля над маршрутизацией данных через активные соединения с PDN (доступны с ANDSF)

Inter-System Mobility Policy (ISMP). Влияет на принятие решений UE при межсистемных хэндоверах, например, является ли WLAN более предпочтительным доступом к EPC чем WiMAX или SSID-1 более предпочтительным чем SSID-2

Inter-System Routing Policy (ISRP). Определяет, разрешено ли UE маршрутизировать трафик IP через несколько радиоинтерфейсов. Например, при соединении к корпоративному APN передача данных через WLAN может быть не разрешена
3GPPAccess
Non-3GPPAccess (WLAN, WiMAX)
APN1
APN2
PDN#1
PDN#2
PDN#3
UE
•
TS 23.237
•
TS 23.401
•
TS 23.402

PDNGateway
DSMIPv6Home Agent
IPFlow Mobility (IFOM) 3GPPRelease 10

Определен только для сетей доступа 3GPP и WLAN


Обеспечить бесшовную выгрузку трафика через WLAN (seamless WLAN offload) для определенных потоков данных в рамках соединения к одному и тому же APN

Интерфейс S2cна основе DSMIPv6между UEи DSMIPv6 Home Agent (HA), который должен быть совмещен с PGW

Поддерживаются сценарии: UE в домашней сети, UE в роуминге с выгрузкой трафика в домашней сети, UE в роуминге с местной выгрузкой трафика в гостевой сети (LBO)

Для поддержки IFOM обновлены:

IPMS (IP Mobility Management Selection) –принятие решения о типе мобильности при хэндовере (сетевая типа PMIPv6 или с клиентом на UE типа DSMIPv6/MIPv4) и о сохранении IP- адреса в случае сетевой мобильности

ISRP (Inter-System Routing Policy)

Процедуры обмена сигнальными сообщениями при межсистемных хэндоверах
3GPPAccess
Non-3GPPAccess (WLAN)
APN
IP Flow#1
IP Flow#2
•
TS23.203
•
TS23.261
•
TS23.402
UE

Network Based IPFlow Mobility (NB-IFOM) 3GPPTR23.861 Release 13


Изучение сценариев, требований и технических решений для обеспечения одновременногоподключения абонентских устройств с несколькими беспроводными интерфейсами к сети доступа 3GPPи сети WLANс использованием протоколов сетевой мобильности–GTPv2и PMIPv6–на интерфейсах S5/S8, S2aи S2b

Изучается два типа NB-IFOM

Инициированный UE.UEсигнализирует PGWжелаемый мапинг IP-потоков на каналы сети доступа. Сеть может принять или отвергнуть запрос на IFOM

Инициированный сетью. PGWсигнализирует UEжелаемый мапинг IP-потоков на каналы сети доступа. UEможет принять или отвергнуть запрос на IFOM

Политики маршрутизации пакетов для IP-потоков загружаются на UEс сервера ANDSF

ANDSFможет указать UE, что доступ 3GPPявляется наиболее приоритетным для одного класса IP-потоков, а WiFi–для другого
PDNGateway
3GPPAccess
Один из сценариев применения
а, в) В текущем месте доступны оба типа доступа –3GPP и WLAN
Часть потоков IPидет через доступ 3GPP, часть через WLAN
UE
IP Flow#1, сессия IPTV
IP Flow #2, голосовая часть видеовызова
IP Flow #3, видео часть видеовызова
IP Flow #4, загрузка P2P
IP Flow #5, синхронизация медиафайлов
APN
PDNGateway
3GPPAccess
б) Абонент переместился в место, где WLANнедоступен
Это событие –триггер для переключения всех потоков на доступ 3GPP
UE
APN

WLAN-3GPPRadio Interworking3GPPTR37.834 Release 12

Мотивы для изучения

Развернутые операторами сети WLANчасто недогружены

Однако при присоединении UEк перегруженной сети WLANвпечатление абонента от пользования услугой ухудшается

Излишнее сканирование WLANприводит к более быстрому разряду батареи на UE

Постановка задачи

Фаза 1. Сформулировать требования к взаимодействию WLANи 3GPPна уровне RANи сценарии применения с учетом существующих стандартизованных механизмов

Фаза 2. Выработать механизмы для удовлетворения требований Фазы 1, которые невозможно удовлетворить стандартизованными методами

Более плотный контроль над взаимодействием с WLANи включение WLANв операторский Radio Resource Management (RRM)

Выбор сети радиодоступа и мобильность с учетом качества радиоканала на UE,канала до опорной сети, загруженности и т.д.

Оценить преимущества выработанных механизмов над существующими методами взаимодействия опорной пакетной сети с WLAN(ANDSFи т.д.)

Один из кандидатов в решениядля отправки трафика в сети доступа WLANилиUTRAN/E-UTRAN

Новое сообщениеSystemInformationBlockили специальное сообщение RRCдля получения параметров, связанных с RAN

Процедуры сканирования (через Beacon фрейм) или процедуры ANQPдля получения параметров, связанных сWLAN

UEиспользует все доступные параметры, такие как политики ANDSF, параметры RAN/WLAN, локальные преференции, для отправки специфичных потоков трафика (APN или потоков IP) в 3GPPили WLAN

UEможет заменять величины и пороговые значения параметров изANDSFMO на величины и пороговые значения параметров из RAN/WLAN

Multi-RAT Joint Coordination (FS_MultiRAT_JC) 3GPPTR37.870 Release 13


Изучение и анализ возможных технических решений для сценариев совместной координированной работы сетей с различными типами радиодоступа (RAT), а именно LTE, UMTS, GSM, CDMAиWLAN

Направления изучения

Динамическое перераспределение спектра между RAT(временнОе, географическое и комбинированное) во избежание образования спектральных дыр –не используемых частей спектра, наличие которых снижает суммарную пропускную способность сети

Перераспределение спектра между 3GPPRAT и WLANв данном изучении не рассматривается

Оптимальная выгрузка трафика UEчерез 3GPPRAT (LTE и UMTS) или WLANна уровне APN

Один из изучаемых сценариев: оценка пропускной способности UEв WLANи обмен информацией между 3GPPи WLANо загруженности канала от Wi-Fi APво избежание деградации пропускной способности UEпосле ассоциации UEс Wi-Fi AP
Спектральные дыры в долгосрочной перспективе
Краткосрочные спектральные дыры в течение суток
Спектральные дыры на недогруженных сотах, доступные для использования в LTE

Licensed-Assisted Access to Unlicensed Spectrum (FS_LAA_LTE) 3GPPTR36.889 Release 13


Изучение сценариев, конфигураций и архитектуры LTE Carrier Aggregation,когда одна или несколько маломощных базовых станций работают в нелицензируемом частотном диапазоне, а макро-станция –в лицензируемом. Агрегация илитолько DL,или DL и UL

Основные положения

LAAв нелицензируемый диапазон всегда комбинируется с лицензируемым диапазоном LTE

Лицензируемый диапазон может быть FDDилиTDD

LAAособенно заметно увеличивает пропускную способность в направлении к UE(типично DL/UL 8:1)

Лицензируемый диапазон LTE обеспечивает надежное соединение для мобильности, сигнализации, голоса и данных

Нелицензируемый диапазон LTE ускоряет передачу данных при наличии приемлемого сигнала

eNodeBрешает, как делить передачу данных между лицензируемым и нелицензируемым диапазонами, каждую 1 мс

Европейские правила использования диапазона 5 ГГц

“Band A”: 5150 МГц –5350 МГц(Ref: EN301 893)

“Band B”: 5470 МГц –5725 МГц(Ref: EN301 893)

“Band C”: 5725 МГц –5875 МГц(Ref: EN302 502) (в соответствии с рекомендациями ECCэто диапазон для широкополосного беспроводного фиксированного доступа)

В диапазонах Band B и C мощность передачи разрешена до 1 Вт

Требуется поддержка Dynamic Frequency Selection (DFS) иTransmit Power Control (TPC)
•
DFSи Listen-Before-Talk (LBT) требуются во избежание интерференции с радарами

Высокоуровневая архитектура решения Cisco для поддержки малых сот 3G, LTE и Wi-Fi
Серия Cisco USC 5000
Интеграция с точками доступа
Wi-Fi Aironet3600/3700
Крупные предприятия
Серии Cisco USC 5000 и7000
Малый и средний бизнес
Серия Cisco 8000
USC Controller
Серия Cisco 8500
Wireless LAN Controller
Шлюз малых сот
SeGW, HNBGW, HeNBGW,
SaMOGGW, ePDG
Шлюз пакетной
опорной сети
PDN-GW, GGSN
Cisco ASR 5x00
Cisco QvPC
Домашние пользователи
Cisco USC RAN Management System
Массовое конфигурирование и поддержка точек доступа
Серия Cisco Aironet
Точки доступа Wi-Fi
внутрии вне
помещений
Интернет
Cisco Prime Central, Network, Performance, Infrastructure
Управление сетью и сетевыми элементами
Cisco Quantum™ SON
Self Organizing Network (SON)
Cisco Quantum™ Policy
Управление правилами обслуживания абонентов
Iuh, S1/X2
PMIPv6, EoGRE, S2b

Интеллектуальная пакетная опорная сеть CiscoУникальная функциональность StarOSна различных аппаратных платформах
Аппаратные Платформы
Встроенные (In-line) сервисы
Packet Inspection –SPI/DPI
Content Filtering –Integrated or ICAPbased
Integrated Policy and Charging Enforcement (PCEF)
Network Address Translation (NAT)
Enhanced Charging (Multiple Charging Records)
Application Detection and Control (P2P)
HTTP Header Enrichment and Encryption
Tethering Detection
StatefullFirewall (SFW)
URL Blacklisting
Mobile Video Gateway
DNS Snooping
IMS
P-CSCF, I-CSCF, S-CSCF,
E-CSCF, A-BG
Применение политик и правил тарификации(PCEF)
IPSG
Сетевое Управление
Аварии, статистика, мониторинг
Интеллектуальная система управления
Prime™ Mobility,
MURAL
Cisco ASR 5000
ASR 5000, ASR 5500
Cisco UCS
Quantum Virtualized Packet Core
GSM/UMTS
SGSN, GGSN
LTE
MME, SGW, PGW/LMA, SAEGW
Small Cell Gateway
H(e)NBGW, SeGW, SaMOGGW, (e)PDG/TTG, eWAG
CDMA
PDSN, HA, HSGW
WiMAX
ASNGW
Сетевые Функции

SWw
Cisco SaMOGGWдля доступа в EPCиз доверенного Wi-Fi
SGW
Доверенная сеть Wi-Fi
TWAN
SWx
HSS
3GPP
AAA
E-UTRAN
S1-U
eNodeB
S11
S1-MME
S5/S8
PCRF
OCS
OFCS
Gx
Gy
Rf/ Ga/ Gz
WLC/AP
LTE
(7.3/8.0/Uw: PMIPv6(R15),
8.1)EoGRE(R16)
SaMOG–S2aMobility Over GTPv2
PMIPv6–Proxy Mobile IP v6
EoGRE–Ethernet over GRE
SGi
SaMOGGW
ASR 5000 –R15
ASR 5500 –R16
QvPC–R16
EAP-SIM/ EAP-AKA’
(MAC, IMSI, MSISDN, APN)
Cw: AAA RADIUS
802.1x
STa:
DIAMETER
MME
Корпоративные пакетные сети и Интернет
Local Breakout
на основе APN(R16)
Per flow (R18)
DHCP
МасштабируемостьSaMOGGW
•
ASR 5500 с R16.0и 6 активными картами DPC

4 млн сессий PMIPv6+ EoGRE

Пропускная способность свыше 50 Гбит/с
PGW/ GGSN
ASR 5x00илиQvPC
S2a/GTPv2:
R16–лаб.
R17–General Availability
R18–Поддержка Gy/Gz

Cisco iWAGдля доступа в пакетное ядро 2G/3G/LTEиз доверенного Wi-Fi
L2или EoGRE
ASR 1000
iWAG
SGW
Доверенная сеть Wi-Fi
SWx/
Gr’
HSS/
HLR
3GPP
AAA
E-UTRAN
S1-U
eNodeB
S11
S1-MME
S5/S8
PCRF
OCS
OFCS
Gx
Gy
Rf/ Ga/ Gz
WLC/AP
LTE
DHCP(MAC)
SGi
iWAG
ASR 1000
RADIUS EAP-SIM
(MAC, IMSI, MSISDN, APN)
802.1x
PGW/ GGSN
ASR 5x00илиQvPC
S2a/PMIPv6: с R12.2
S2a/GTPv2: R16–лаб.
R17–General Availability
R18–Поддержка Gy/Gz
MME
Access Request(MAC) / Access Accept
(IMSI, MSISDN, APN)
Масштабируемость iWAG
•
ASR 1000 с IOS XE3.12Sи RP2/ESP100(32ГБ)

128,000 сессий GTPили PMIPv6

Cisco ePDGдля доступа в EPCиз недоверенного Wi-Fi
SWx
HSS
3GPP
AAA
E-UTRAN
S1-U
eNodeB
S11
S1-MME
S5/S8
SWm
PCRF
OCS
OFCS
Gx
Gy
Rf/ Ga/ Gz
WLC/AP
SWn
WLAN
Недоверенная сеть Wi-Fi
iPhone 6 / iOS 8
Samsung, HTC, LG, Sony / Android
иликлиентна UE
LTE
SGi
SGW
MME
ePDG
Cisco ASR 5x00
Cisco QvPC(R 17.1)
PGW
SWu: IPSec/IKEv2
Масштабируемость ePDG

StarOSR16.0

ASR 5000: 1млн сессий с IPSec, 18 Гбит/с, 2К CEPS

ASR 5500: 2млн сессий с IPSec, 18 Гбит/с, 2К CEPS
•
StarOSR17.0

ASR 5000: как в 16.0

ASR 5500: 3.25 млн сессий с IPSec, 28 Гбит/с, 2.8К CEPS

QvPC-SI: 80Kсессий, 400Мбит/с, 100 CEPSна блейд
T-Mobile US goes gaga for Wi-Fi calling, AT&T to launch in 2015
EAP-AKA через IKEv2
(IMSI, APN)

Cisco –Лидерство на рынке MPC/EPCСвыше 300 операторов более чем в 75 странах
Через пакетные опорные сети на оборудовании Cisco обслуживается 1 млрд. абонентов
Пакетные опорные сети на оборудовании Cisco терминируют около 50% соединений LTE в мире
56 заказчиков Cisco EPC для LTE в 33 странах
№1-3по доле на рынке Evolved Packet Coreи Mobile Packet Coreпо данным ACGResearch за Q1CY13-Q2CY14
Первая в отрасли коммерческая реализация LTE Small Cell Gateway (HeNBGW) в сетях операторов связи (KTв Корее)
Победитель и финалист в различных номинациях (Best LTE, M2M/IoT, QvPC, NFV)


Фундаментальная проблема сохранения сессии того или иного приложения даже при сохранении IP-адреса после хэндовера в WiFi–это поддержка в ОС на мобильном устройстве концепции “виртуального адаптера”, к которому приложение открывало бы сокет TCP

Без виртуального адаптера, если сокет был открыт к IP-адресу физического радио- интерфейса 3GPP и произошел хэндовер в Wi-Fi, приложение должно будет переоткрыть сокет пусть на тот же IP-адрес, но уже другого физического радио- интерфейса WiFi

Как следствие, без такого виртуального адаптера в ОС даже при сохранении IP-адреса часть приложений выживает, переустанавливая сессию, а часть не выживает, и требуется перезапуск приложения

С другой стороны, современные версии ОС поддерживают активными оба радио: LTE и Wi-Fi–важно для поддержки 3GPPMAPCON(Multi-Access PDNConnectivity) иIFOM(IP Flow Mobility)

Отсутствие стандартных методов сигнализации параметров 3GPPчерез сеть Wi-Fi
Общие проблемы


Android, LTE → WiFiбез сохранения IP-адреса(разные APN).Устройство разъединяет соединениесPDN,переключается на WiFiи передает данные через WiFi, но остается зарегистрированным в LTE

Android, LTE → WiFiссохранением IP-адреса (тот же APN).Устройство сразу же переподключается к LTE, оставляя WiFiактивным. Получив запрос на присоединение через LTE, PGWотзывает IP-адрес с WiFiи возвращает его устройству на LTE. Все коммуникации зависают

iOS iPAD, LTE → WiFiбез сохранения IP-адреса (разные APN).Skype не обрывает соединение, но трафик остается на соединении LTE. Это следствие поведения iOS, которыйразрешает одновременные соединения через оба радио и держит трафик на старом соединении пока не запрашивается открытие нового сокета

iOS iPAD, LTE ↔ WiFiс сохранением IP-адреса (тот же APN).Все коммуникации зависают из-за эффекта пинг-понг (UEотвергает запрос на разъединение через LTE и переустанавливает соединениес PDNчерез LTE, создавая эффект пинг-понг)
LTE и Wi-Fi


Android, 2G/3G→ WiFiбез сохранения IP-адреса(разные APN).Skype обрывает сессию, но через некоторое время переустанавливает ее через WiFi. Androidразъединяет соединение через GSM/3G после установления соединения через WiFi– одновременные сооединения через WiFi и 2G/3G не разрешены

Android, 2G/3G→ WiFiс сохранением IP-адреса (тот же APN).Skype обрывает сессию, но через некоторое время переустанавливает ее через WiFi. Android не делает попыток переподключения через 2G/3G и остается на WiFi. Даже если бы PGW не разъединял сессию 2G/3G первым, Android сам бы разъединил соединение через 2G/3G, поскольку для него WiFi более приоритетен

iOS iPAD, 2G/3G→ WiFiбез сохранения IP-адреса (разные APN).Skype не обрывает сессию, но трафик остается на соединении 2G/3G. Это следствие поведения iOS. iOS позволяет одновременные соединения через два радио и держит трафик на старом соединении пока не запрашивается открытие нового сокета

iOS iPAD, 2G/3G→ WiFiс сохранением IP-адреса (тот же APN).PGW шлет в сторону S4- SGSN запрос Delete Bearer. iOS отвергает запрос на разъединение через 2G/3G и переустанавливает PDP-контекст, создавая эффект пинг-понг. Все коммуникации зависают
2G/3Gи Wi-Fi через S4-SGSNи SaMOGGW

2G/3Gи Wi-Fi через S4-SGSNи SaMOGGWХэндовер с сохранением IP-адреса (один и тот же APN для 2G/3Gи WiFi)
HSS/
AAA
PDN-GW
TWAP
MRME
UE
5. S2a: GTPv2Create Session Request
2. STa: Diameter EAPAuthentication & Authorization /
EAPSuccess –Internal Trigger
6. Update PDN- GWAddress
9. S2a: GTPv2Create Session Response
TWAG
CGW
0. Data Access over 2G/3G
AP/WLC
1. WLANAssociation
2. Radius EAPAuthentication /
EAPSuccess
3. DHCPDiscover
4. PMIPv6Proxy Binding Update
7. GTPv2Delete Bearer Request
10. PMIPv6Proxy Binding Ack
11. DHCPOffer
12. PMIPv6Tunnel
12. GTP-U Tunnel
15. GTPv2Delete Bearer Response
S4- SGSN
S-GW
0. GTP-U Tunnel
0. GTP-U Tunnel
0. Data Access
8. GTPv2Delete Bearer Request
14. GTPv2Delete Bearer Response
12. Data Access over WLAN
13. DHCPRequest/ Ack

Telco Cloud Core
GiLAN,
IMSCore,
Wi-Fi Calling
Мобильная пакетная опорная сеть
Виртуализи- рованный
HetNetCore
ЗаключениеОтличительные особенности сквозного решения Cisco
SaMOG, ePDG,
PGW, SGW,
GGSN/PDSN,
MME
RMS, HNBGW, HeNBGW,
SeGW, SON,
WLC, MSE, PI
Производительность
Масштабируемость
Сервисы
Доступ HetNet
Точки доступа WiFiвнутри помещений и уличные, 3G/4G Clip on, 3G/4G Small Cell, домашниефемто

Ждем ваших сообщений с хештегом#CiscoConnectRu
Спасибо за внимание!
Пожалуйста, используйте код для оценки доклада
8861
Ваше мнение очень важно для нас
CiscoRu
Cisco
CiscoRussia

Теоретические и практические аспекты интеграции Wi-Fi с сетями сотовой связи

Recommended

Recommended

More Related Content

What's hot

What's hot (20)

Similar to Теоретические и практические аспекты интеграции Wi-Fi с сетями сотовой связи

Similar to Теоретические и практические аспекты интеграции Wi-Fi с сетями сотовой связи (20)

More from Cisco Russia

More from Cisco Russia (20)

Recently uploaded

Recently uploaded (9)

Теоретические и практические аспекты интеграции Wi-Fi с сетями сотовой связи