Estudio de la arquitectura de protocolos de LTE

175 Pages·2016·5.68 MB·Spanish

ESCOLA TÈCNICA SUPERIOR D’ENGINYERIA DE
TELECOMUNICACIÓ DE BARCELONA
DepartamentodeIngenieríaTelemática
ProyectoFinaldeCarreraPlan92
Estudio de la arquitectura de protocolos de
LTE
Tutor: Autor:
JoséLuisMuñoz JavierGualdaMuñoz
Barcelona, Septiembre 2016
2
APaueIan
caminad,
caminad,
quenadiebarravuestropaso
3
4
Contents
1 Objetivo 9
2 Introducción 11
2.1 2ªGeneración-2G . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
2.2 2.5G . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
2.3 3G . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
2.4 4G . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
3 Arquitectura 17
3.1 Arquitectura . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
3.2 Entidades . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
3.3 InterfazRadio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
3.4 PlanoUsuario . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
3.5 PlanoControl . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
4 Identificación 25
4.1 Introducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
4.2 UE.UserEquipmentID. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
4.3 ME.MobileEquipmentID . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
4.4 NE.NetworkEquipmentID . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
4.5 IDdeLocalizacion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
4.6 IDSesiones/BearersEPS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
5 Seguridad 39
5.1 Introducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
5.2 AutenticaciónLTE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
5.3 SeguridadNAS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
5.4 SeguridadAS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
6 QoS 53
6.1 Introducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
6.2 SDFyCanalEPS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
6.3 ParámetrosQoS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
6.4 ProvisionamientodeQoS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56
6.5 ForzadodeQoS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
6.6 Ejemplos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58
7 GestióndeMovilidadEPS(EMM) 61
7.1 Introducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
7.2 CaracterísticasEMM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66
7.3 ConexionInicial. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67
7.4 DesconexiondelaredEMM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71
7.5 LiberaciónS1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77
7.6 TAUTrackingAreaUpdate . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78
7.7 Handover . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81
8 ControldePolíticasyFacturación(PCC) 89
8.1 Introducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89
8.2 ReglasPCC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89
8.3 Procesos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92
8.4 TraficoIPyPoliticasPCC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95
9 Facturación 99
9.1 Introducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99
9.2 FacturaciónOffline . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99
10 AsignacióndeIPs 105
10.1 Introducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105
10.2 TiposdeasignacióndedireccionesIP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105
10.3 AsignacióndedirecciónIPdinámica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106
10.4 AsignacióndedirecciónIPestática . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108
11 ProtocoloDiameter 111
11.1 Introducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111
11.2 Historia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111
11.3 Diseño . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113
11.4 FormatoMensajes. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117
11.5 Accounting . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121
11.6 Gestióndeerrores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121
11.7 GestióndePeers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122
11.8 Enrutamiento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 126
12 Conclusiones 129
A Anexos 131
A.1 5G . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131
A.1.1 5g . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131
A.1.1.1 Quéesel5g . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131
A.1.1.2 Porquésurgeel5g . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131
A.1.1.3 Visiones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132
A.1.1.4 Requerimientos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133
A.1.1.5 Tecnología5G . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 134
A.1.2 Arquitectura5g . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 137
A.1.2.1 VisionOperadorKT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 137
A.1.2.2 Core5GDistribuido . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 138
A.1.2.3 RAN5G . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 139
A.1.2.4 RedAcceso5G . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 139
A.1.2.5 ArquitecturaSoftware-Centric . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 140
A.1.3 5GSlicing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 140
A.1.3.1 5GSlicing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 140
A.1.3.2 ImplementaciónSlicing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141
A.2 IMS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 144
A.2.1 Historia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 144
A.2.2 IMS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 144
6
A.2.3 VolTE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 147
A.3 EMM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 148
A.3.1 LiberaciónS1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 148
A.3.2 UEInicialaSolicituddeServicio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 148
A.3.3 RedInicialaSolicituddeServicio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 150
A.3.4 ProcesoTAUPeriódico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 151
A.3.5 ProcesoHandoverX2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 153
A.3.6 ProcesoHandoverS1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 158
B Practicas 163
B.1 PracticasDiameter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 163
B.1.1 FreeDiameter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 163
B.1.2 DiameterBásico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 166
B.1.3 Diameter: EscenarioRouter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 170
B.1.4 Diameter: EscenarioEsquemaconrespuestaaerror. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 171
B.1.5 Diameter: EscenarioDynamicPeerDiscovery . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 172
7
8
Chapter 1
Objetivo
Resum
L’objectiu d’aquest projecte és fer un anàlisi en profunditat de les xarxes LTE que actualment
estan disponibles dins la tecnologia de 4a i 5a Generació. L’analisi preten mostrar les principals
característiques d’una manera ordenada i detallada. Així mateix s’intentarà dotar del màxim de
coneixementspossiblesapartird’exemplesrealsdelfuncionamentd’aquesta.
Aquest anàlisi en profunditat sera la base per entrar d’una forma detallada en l’explicació d’un
protocol que està present en moltes de les interfaces existents entre els elements dins de la xarxa
LTE, el protocol Diameter. En primer lloc explicarem les característiques principals del protocol
perposarlabasedelsconeixementsnecessaris.
Ja per últim, al tenir aquest projecte una vessant molt didàctica, ens recolzarem en una serie de
pràctiques que tenen com a finalitat, asseure els coneixements dels alumnes. Totes aquestes pràc-
tiques, estan destinades a anar conduint als alumnes a entendre el protocol Diameter d’una forma
relaxadaintroduintapocapocnoustermesabasedelaprovaierror.
Resumen
El objetivo de este proyecto es hacer un análisis en profundidad de las redes LTE que actualmente
están disponibles dentro de la tecnología de 4a y 5a Generación. El análisis pretende mostrar las
principales características de una manera ordenada y detallada. Así mismo se intentará dotar de
losmáximosconocimientosposiblesapartirdeejemplosrealesdelfuncionamientodelamisma.
Este análisis en profundidad, será la base para entrar de una forma especifica en la explicación
deunprotocoloqueestápresenteenmuchasdelasinterfacesexistentesentreloselementosdentro
de la red LTE, el protocolo Diameter. En primer lugar explicaremos las características principales
delprotocoloparaponerlabasedelosconocimientosnecesarios.
Ya por último, al tener este proyecto una vertiente muy didáctica, nos apoyaremos en una serie
de practicas, que tienen como finalidad asentar los conocimientos de los alumnos. Todas estas
9
practicasestándestinadasairconduciendoalosalumnosaentenderelprotocoloDiameterdeuna
formarelajadaintroduciendopocoapoconuevostérminosutilizandocomobase,lapruebayerror.
Abstract
ThegoalofthisprojectistomakeathoroughanalysisofLTEnetworksthatarecurrentlyavailable
within the technology 4rd and 5th Generation. The analysis aims to show the main features from
an orderly and detailed manner. Likewise we will try to provide the maximum knowledge using
realexamplesoftheoperationthereof.
This in-depth analysis will be the basis for entering a specific way in explaining a protocol that
is present in many of the interfaces between the elements within the LTE network, the Diameter
protocol. Firstweexplainthemainprotocol’sfeaturestoassurethenecessarybaseknowledge.
And finally, having this project a very educational perspective, we will rely on a series of prac-
tices, which aim to lay the knowledge of students. All these practices are intended to be driving
students to understand the Diameter protocol in a gradually way relaxed introducing new terms
usingasabasis,thetrialanderrorformat.
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