Evoluzione della Core Network UMTS a Circuito
←
→
Trascrizione del contenuto della pagina
Se il tuo browser non visualizza correttamente la pagina, ti preghiamo di leggere il contenuto della pagina quaggiù
STANDARD
Evoluzione della
Core Network UMTS a Circuito
PAOLO BELLONI L’articolo si propone di trattare l’evoluzione delle funzionalità della core
DANIELE CECCARELLI network UMTS nel dominio a commutazione di circuito, così come viene defi-
MAURIZIO DE GREGORIO nito nei nuovi rilasci dello Standard 3GPP.
Sono quindi descritte le prestazioni di maggior rilievo che caratterizzeranno i
nuovi rilasci le cui applicazioni commerciali sono previste nell’arco dei prossi-
mi tre anni.
1. Introduzione 2. Architettura Split
Le nuove release dello standard 3GPP preve- Lo standard 3GPP, a partire dalla Release 4 (da
dono una nuova architettura e l’introduzione in qui in avanti Rel.4), introduce nel dominio CS (Circuit
Core Network di nuove funzionalità; la nuova archi- Switching) della rete UMTS la separazione tra il
tettura in configurazione split separa il piano di piano di utente ed il piano di controllo. Tale architet-
controllo da quello di trasporto ed abilita il tra- tura di rete si realizza con la configurazione “Split” o
sporto della voce e della segnalazione su rete di “Layered” in sostituzione di quella “Combined”, con
trasporto a pacchetto; tra le funzionalità più inte- riferimento alle funzionalità di MSC Server e MGW
ressanti e di maggior impatto si annoverano: (Media GateWay) del nodo MSC/VLR.
• Dual Access, una modalità con cui è possibile La Rel.4 3GPP prevede infatti la possibilità di
gestire accessi radio GSM e WCDMA realizzare il piano di controllo ed il piano d’utente
(Wideband Code Division Multiple Access) con del dominio CS in due nodi distinti. Fino ad ora
gli stessi apparati di core network; infatti entrambe le funzionalità sono state realizzate
• gli MSC (Mobile Switching Centre) in pool, un nello stesso elemento fisico, ovvero la centrale
nuovo modello architetturale con cui è possibile MSC/VLR.
usare al meglio le risorse e aumentare l'affidabi- L’architettura della rete UMTS prevede la con-
lità della rete; nessione dell’UTRAN (UMTS Terrestrial Radio
• la TFO/TrFO (Tandem Free/Transcoder Free Access Network) con la Core Network tramite l’in-
Operation) una prestazione che permette di otti- terfaccia Iu, suddivisa in Iu CS e Iu PS, rispettiva-
mizzare il trasporto e migliorare la qualità del mente per il dominio a circuito e a pacchetto.
servizio voce; Nella architettura di Rel.4 Circuit Switching lo
• i nuovi scenari di fallback delle videochiamate, strato di controllo è realizzato nel nodo MSC Server
nuove procedure con cui si potrà alternare il sul quale termina l’interfaccia Iu CS Control plane,
servizio voce o video sia per problemi di coper- mentre il piano d’utente è gestito dal nodo Media
tura 3G, sia per volere dell’utente. Gateway, sul quale termina la Iu CS User Plane.
NOTIZIARIO TECNICO TELECOM ITALIA › Anno 14 n. 1 - Giugno 2005 113
BELLONI › CECCARELLI › DE GREGORIO • Evoluzione della Core Network UMTS a Circuito
Nella nuova architettura il Server diviene quindi Lo standard prevede una nuova interfaccia per
il nodo di rete che gestisce tutto il piano di segna- il dialogo tra i nodi MSC Server, l’interfaccia Nc. Il
lazione, in particolare quindi nel Server si realiz- protocollo previsto per questa interfaccia è il BICC
za n o i l Se ssi o n Ma na ge m e nt ed il M obi l i ty (Bearer Independent Call Control) o ISUP (ISDN
Management. Le informazioni relative alla gestione User Part). Per un approfondimento sul protocollo
della mobilità, alla gestione della chiamata e alla BICC si veda il relativo riquadro.
instaurazione dei RAB (Radio Access Bearer) ven- La Rel.4 3GPP definisce anche una nuova inter-
gono elaborate e controllate direttamente dalla faccia standard per il dialogo tra Server e MGW.
centrale Server, che gestisce ovviamente anche il Tale interfaccia, denominata Mc, viene utilizzata dal
database VLR per i record di utente. Server per inviare i comandi necessari alla configu-
Bearer Control Protocol
che avviene in modalità
Il protocollo diversa nel caso di tra-
BICC sporto ATM o di tra-
CSF BICC
MSC server
sporto IP.
Nel caso di trasporto H.248
ATM si utilizza la segna-
lazione Broadband-ISUP Bearer
BCF Control
Facendo riferimento alla figura A, il B-ISUP gia definita da Protocol
protocollo BICC (Bearer Independent ITU-T per allocare le
Call Control) è utilizzato per lo scam- risorse del canale dedi- MCF
bio di informazioni per il set-up della cato necessario alla
chiamata tra gli MSC-Server: può tra- chiamata; in particolare Bearer
MMSF (User Plane)
sportare, indipendentemente dal tra- il protocollo AAL2
MGW
sporto sottostante, le informazioni Connection Signalling è
circa le caratteristiche del servizio utilizzato per stabilire le Physical Function
unit
richiesto dall’utente, l’identificativo connessioni con un
del chiamato (da cui le informazioni di meccanismo analogo a BCF = Bearer Control Function
instradamento) e le informazioni sui quello dell’ATM commu- BICC = Bearer Independent Call Control
CSF = Call Serving Function
codec supportati. Il MGW ha invece il tata (figura B). MCF = Media Control Function
MGW = Media GateWay
compito di instaurare le connessione In un contesto IP, nativa- MMSF = Media Mapping/Switching Function
nel piano d’utente e di attivare la mente di tipo connection MSC = Mobile Switching Centre
commutazione: ovviamente questo less, le informazioni
non può avvenire in maniera tran- relative alle risorse
FIGURA A› Modello architetturale di BICC ITU-T e
sport-agnostic (indipendente dal tipo necessarie per stabilire
di rete di trasporto: TDM, ATM, IP) e un canale bidirezionale corrispondenza con quello 3GPP.
quindi riceve le necessarie informa-
zioni dal MSC-Server, le converte in end to end vengono identi-
informazioni per il controllo dello spe- ficate mediante lo scambio
AAL2 connection
cifico bearer e si occupa della signalling (Q.2630.2) fra i nodi di origine e di
gestione dello stesso. AAL2 Signalling Transport destinazione degli indirizzi
La figura A mostra le funzionalità di Converter for MTP3b (Q.2150.1) IP delle porte e del tipo di
BICC definite dall’architettura ITU-T e MTP3b
media richiesto. Queste
la loro collocazione all’interno dell’ar- informazioni sono traspor-
chitettura 3GPP di Rel.4. La CSF (Call SSCF-NNI tate in formato SDP
Ser ving Function) coincide con (Session Description
l’MSC-Server e parla in BICC con gli SSCOP Protocol) e vengono scam-
altri MSC-Server. Il dialogo tra MSC- biate trasparentemente tra
AAL5
Server e MGW, o tra CSF e BCF i due MMSF dal protocollo
(Bearer Control Function), avviene ATM
H.248 e dal protocollo
con protocollo H.248, definito con- BICC.
giuntamente da ITU-T e IETF per il
AAL2 =
ATM Adaptation Layer 2
comando, da parte del MSC-Server, AAL5 =
ATM Adaptation Layer 5
della commutazione di terminazioni ATM =
Asynchronous Transfer Mode
NNI =
Network-Network Interface
sul MGW. Il piano d’utente è terminato SSCF =
Service Specific Coordinator
Function
dalla MMSF (Media Mapping and SSCOP = Service Specific Connection
Switching Function). Si noti come sia Oriented Protocol
prevista anche una segnalazione
peer-to-peer tra i BCF per il controllo
del piano di trasporto, denominata FIGURA B› Il protocollo AAL2 Connection Signalling.
114 NOTIZIARIO TECNICO TELECOM ITALIA › Anno 14 n. 1 - Giugno 2005BELLONI › CECCARELLI › DE GREGORIO • Evoluzione della Core Network UMTS a Circuito
razione dei device di commutazione sul Media In generale infatti, gli accordi esistenti per
Gateway. Il compito di quest’ultimo è infatti proprio l’accesso al roaming da parte di utenti visitor non
quello di connettere porte di ingresso e di uscita, è lo stesso per le utenze 2G o 3G. Ciò implica
sulle quali si possono utilizzare differenti tecnologie che il nodo MSC deve comunque essere in grado
di trasporto ATM, IP e TDM (Time Division di gestire la mobilità 2G/3G dell’utente impe-
Multiplex). L’interfaccia Mc viene inoltre utilizzata dendo che lo stesso possa connettersi all’ac-
dal MGW per fornire dei riscontri o eventi al Server. cesso radio non consentito dagli accordi com-
Il protocollo utilizzato su questa interfaccia è H.248. merciali.
Il nodo Media Gateway invece realizza la parte Per quanto riguarda la mobilità invece, la possi-
di trasporto e di commutazione. Il piano di utente bilità di gestire il passaggio da una copertura 3G
passa infatti attraverso quest’ultimo, connettendo ad una copertura 2G, e viceversa rimanendo nel-
da un lato la rete di accesso e dall’altro la Core l’ambito della stessa centrale, comporta un’ottimiz-
Network. Il nodo realizza sia la commutazione dei zazione delle risorse di segnalazione di rete.
canali voce, video e dati CS, sia l’adattamento Nell’ipotesi di impianti distinti, il passaggio tra gli
delle codifiche impiegate in accesso ed in core accessi UMTS e GSM comporta, infatti, sempre
network. La funzionalità di transcodifica, realizzata uno scambio di segnalazione tra MSC/VLR ed il
nella rete GSM dalle unità TRAU (Transcoder and database di HLR, per l’aggiornamento della posi-
Rate Adaptor Unit) presenti generalmente sui BSC, zione dell’utente in rete.
nell’architettura 3GPP Rel.4 viene realizzata diret- La possibilità di avere attestate in un’unica cen-
tamente sul MGW. Il TRAU può anche essere loca- trale le due tipologie di accesso consente di:
lizzato sia in BSC sia in MSC. • abilitare la gestione separata dei due accessi
Lo standard prevede una nuova interfaccia Nb radio per l’utenza in roaming assegnando valori
anche per il dialogo tra i nodi MGW. Le tecnologie di location area distinti a celle 2G e celle 3G;
impiegate per l’interfaccia Nb sono ATM ed IP, oltre • effettuare contestualmente una gestione della
al TDM per assicurare compatibilità con le esistenti mobilità più efficiente in termini di risorse di
Core Network. segnalazione rispetto a quella che si ottiene
L’architettura “Split” rende indipendenti i piani con impianti dedicati per accesso. La presenza
di segnalazione e di trasporto, consentendo uno di un unico VLR per la gestione di Location
sviluppo separato dei due nodi in accordo agli Area 2G e 3G consente un notevole risparmio
effettivi requisiti di banda e di connessione. di segnalazione nel passaggio tra le due reti.
Con tale soluzione si possono avere più centrali Infatti, se si pensa alla copertura iniziale delle
MGW controllate da un numero inferiore di centrali reti 3G, tale scenario si potrebbe presentare
Server. In questo modo è possibile migrare, tramite maggiormente nelle prime fasi di lancio del
MGW remoti, le funzioni di commutazione verso la servizio.
rete di accesso, effettuando
lo switching locale senza
occupare risorse di tra-
sporto di rete.
HLR/ HLR/
Nella figura 1 sono ripor- AuC AuC HLR/
AuC
tate anche le interfacce Nc e
Nb come da specifiche della Segnalazioni
Rel.4. Nelle prime realizzazioni Fonia
D
Transito
GSM / PSTN / OLO
tali interfacce utilizzano la tec- GMSC
nologia di trasporto TDM. MSC ISUP/BICC
Server
lu CS CP MSC
Nc Server
3. Dual Access UTRAN
nodeB Mc GCP/ATM
RNC
La configurazione Dual nodeB
Mc
A c c e ss prevede che gli lub
MGW ATM/IP MGW
accessi radio 2G e 3G siano TDM UTRAN
lu CS
lu CS UP Nb
contemporaneamente con- nodeB
RNC
nessi al medesimo nodo Core Network UMTS
nodeB
MSC/VLR, ottimizzando il lub
concetto di “seamless ATM = Asynchronous Transfer Mode ISUP = ISDN Signalling User Part
AuC = Authentication Centre MGW = Media GateWay
network” che prevede com- BICC = Bearer Independent Call Control MSC = Mobile Switching Centre
pleta trasparenza per il CP = Control Plane OLO = Other Licensed Operator
CS = Circuit Switched PSTN = Public Switched Telephone Network
cliente tra l’utilizzo delle GCP = Gateway Control Protocol RNC = Radio Network Controller
risorse 2G e 3G. GSM = Global System for Mobile communications TDM = Time Division Multiplex
HLR = Home Location Register UP = User Plane
La configurazione Dual
Access offre inoltre interes-
santi vantaggi nella gestione
del roaming e nelle procedure FIGURA 1› Relazioni tra Server e Media GateWay.
di gestione della mobilità.
NOTIZIARIO TECNICO TELECOM ITALIA › Anno 14 n. 1 - Giugno 2005 115BELLONI › CECCARELLI › DE GREGORIO • Evoluzione della Core Network UMTS a Circuito
La scelta di utilizzare per le location area 3G e Nel caso di pooling di MSC, un RNC può essere
quelle confinanti 2G il medesimo impianto connesso a più MSC, come mostrato nella figura 2.
MSC/VLR minimizza gli impatti dovuti alle diffe- A fronte di questa modifica architetturale,
renti aree di copertura delle due tecnologie. In l’MSC in pool prevede una nuova funzionalità in
questo scenario tecnologico l’aggiornamento RNC, detta NAS (Non Access Stratum) Selector
della posizione effettuata nel passaggio tra le che, all’atto della registrazione dell’utente mobile,
due reti comporta infatti solo lo scambio di associa al terminale un nodo di controllo MSC
segnalazione sulla interfacce tra terminale e (associazione che era implicita nel caso di corri-
MSC/VLR, senza alcun impatto per la core spondenza uno a uno tra RNC e MSC). Questa
network e per le interfacce di segnalazione del associazione è effettuata sulla base di un parame-
database di HLR. tro di NRI (Network Resource Identifier) a livello
RRC (Radio Resources Control).
La pool area diventa, quindi, un insieme di celle
4. MSC in Pool controllate da più MSC ciascuno dei quali deve
essere connesso a tutti gli RNC che gestiscono
In un’ottica di ottimizzazione dell’uso delle l’insieme delle celle del pool. Questo pone un vin-
risorse di rete, a partire dalla Rel.5 è stata definita colo sulle dimensioni del pool perchè pool con
dal 3GPP la funzionalità di “Intra-domain connec- troppi MSC richiederebbero un numero di link
tion of Radio Access Network (RAN) to multiple troppo elevato.
Core Network (CN) nodes”, denominata più sem- Inoltre, per limitare questo numero, la funziona-
plicemente “MSC in pool”. Originariamente la pre- lità prevede che un utente che si sposti all’interno
stazione è stata pensata dal 3GPP per il load sha- delle celle del pool non effettui le relative proce-
ring del traffico d’utente tramite il re-indirizza- dure di Mobility Management, con conseguente
mento della segnalazione di Communication riduzione del traffico di segnalazione.
Management CM, ma dal punto di vista dell’ope- Si capisce come risulti critica, allora, la scelta
ratore ciò può rappresentare anche un ottimo delle dimensioni del pool per trovare il giusto com-
strumento per rendere più affidabile la rete che la promesso tra costi e benefici.
implementa.
In particolare, la funzionalità prevede una
modifica dell’architettura della rete mobile che 5. Trasporto a pacchetto
normalmente vede un nodo di rete d’accesso
radio RNC connesso con un solo nodo di con- Il 3GPP non impone vincoli sul modo di tra-
trollo della Core Network. La funzionalità è defi- sportare l’informazione nella Core Network della
nita per GSM, GPRS, CS domain e PS domain; di rete UMTS ma, anzi, lascia un’estrema flessibilità
seguito per comodità si farà riferimento al domi- all’operatore includendo nello standard diverse
nio a circuito. opzioni. Le tradizionali reti a circuito legacy
PSTN/ISDN ed il GSM sono basate sul trasporto
TDM che utilizza una soluzione per il piano di tra-
sporto creata per le reti dedicate all’erogazione
MSC 3 MSC 6
MSC 2 MSC 5
del servizio telefonico.
MSC 1 MSC 4 MSC 7
5.1 Trasporto del piano di utente
CS pool- CS pool-
area 1 area 2 La voce in UMTS oltre che con la classica
modalità TDM, può essere trasportata su ATM e
RAN RAN RAN RAN
node node node node su IP.
Area 1 Area 2 Area 3 Area 4 L’ATM è stato incluso nello standard perchè
all’inizio dei lavori in sede di standardizzazione era
RAN RAN RAN RAN la migliore tecnologia disponibile per l’ottimizza-
node node node node zione delle risorse di trasporto.
Area 5 Area 6 Area 7 Area 8 Il trasporto della voce su IP rispetta gli standard
PS pool- per i bassi costi e la semplicità tipiche del mondo
area 1 PS pool-area 2 Internet. Oggi l’IP sul piano d’utente a circuito è
spinto anche dal fatto che il protocollo IP è la
SGSN 1 SGSN 3 SGSN 6
chiave per fornire servizi multimediali complessi
SGSN 2 SGSN 4
SGSN 5 tramite IP Multimedia SubSystem, che è il cuore
della Rel.5 e che, tra l’altro, è interamente basato
CS = Circuit Switched
RAN = Radio Access Network su IPv6; inoltre su IP si fondano le attuali tendenze
PS = Packet Switched evolutive del 3G verso il 4G.
SGSN = Serving GPRS Support Node
Facendo riferimento all’architettura di Rel.4 di
cui si parla nel paragrafo 2, le pile protocollari pre-
viste sull’interfaccia Nb tra i MGw per il trasporto
FIGURA 2› Architettura di rete che implementa MSC in pool. della voce in Core Network sono riportate nella
tabella 1.
116 NOTIZIARIO TECNICO TELECOM ITALIA › Anno 14 n. 1 - Giugno 2005BELLONI › CECCARELLI › DE GREGORIO • Evoluzione della Core Network UMTS a Circuito
Nel caso di trasporto della voce su ATM, le independent architecture e adattamento di
dimensioni di una cella ATM permettono di multi- ISUP per trasporto ATM sul piano d’utente;
plare in una stessa i campioni provenienti da più • 2000, BICC CS-2: supporto di IP come proto-
telefonate: questo è realizzato dal protocollo collo di trasporto sul piano d’utente (compresa
AAL2 (ATM Adaptation Layer 2), che definisce la definizione di BICC IP BCP e BICC tunneling
opportuni identificativi per distinguere dentro la protocol);
singola cella ATM le diverse telefonate. Invece • 2001, BICC CS-3: supporto di multimedia com-
AAL2-Segmentation and Reassembly Ser vice munication, QoS e interworking con H.323/SIP.
Specific Convergence Sublayer (SAR SSCS) si
occupa della segmentazione e del riassemblaggio
dei pacchetti AAL2. 6. Ottimizzazione del trasporto e qualità della
Quando invece il trasporto è in tecnologia IP, si voce
utilizza il Real Time Protocol che rende UDP/IP,
tipico per applicazioni best effort, adatto a tra- Lo standard 3GPP ha definito per la rete UMTS
sportare applicazioni di tipo real-time quale la (dalla Rel. 4) e per quella GSM (dalla Rel. 98) alcuni
voce. meccanismi che permettono sia di migliorare la
qualità percepita per una chiamata in fonia, che di
5.2 Trasporto del piano di controllo ottenere contestualmente dei risparmi di banda
occupata nella “Core Network”.
Per gestire questa flessibilità nel modo di tra- Entrambe le soluzioni utilizzano la proprietà di
sportare la voce, il 3GPP ha scelto un protocollo di trasmettere trame vocali senza eseguire operazioni
CC (Call Controll) tra i nodi di controllo che fosse di codifica/decodifica delle stesse nella “Core
indipendente dal tipo di trasporto utilizzato. Come Network”.
ricordato nel paragrafo 2, si parla di architettura Tali meccanismi si suddividono in:
che rispetta il requisito di bearer independence, a • TFO (Tandem Free Operation), la cui applica-
differenza di quanto avviene con l’ISUP delle reti zione consente di evitare le operazioni di codi-
legacy. Infatti, l’ISUP ha il campo di CIC (Circuit fica e decodifica in rete, con conseguente
Identification Code) che stabilisce un legame pre- miglioramento della qualità percepita end to
ciso tra la segnalazione e il canale a 64 kbit/s della end;
trama PCM. • OoBTC (Out of Band Transcoder Control), abili-
Nell’architettura split dalla Rel.4 in poi si usa tante:
come protocollo tra gli MSC-Server sull’interfaccia - TrFO (Transcoder Free Operation), che con-
Nc il BICC. sente sia di risparmiare la transcodifica con
Il 3GPP ha ereditato il protocollo BICC da ITU- miglioramento della qualità voce end to end,
T, che lo ha definito con lo scopo di creare un pro- sia di guadagnare banda in core network.
tocollo per il controllo di chiamata che fosse indi- - Codec at the edge, caso particolare di TrFO,
pendente dalla tecnologia di trasporto utilizzata; in che consente di mantenere in CN, quanto più
quest’ottica ITU-T ha analizzato il protocollo ISUP possibile, la banda voce ad un basso bit rate
e ne ha esteso le funzionalità per prevedere il tra- prima di effettuare la transcodifica ad un bit
sporto della voce su ATM e IP. rate più alto.
In particolare, la breve storia della standardizza-
zione del BICC si è sviluppata attraverso le 6.1 TFO (Tandem Free Operation)
seguenti tappe:
• 1999, BICC CS-1 (Capability Set 1): bearer Il Tandem Free Operation si applica in scenari di
chiamata 2G-2G, 3G-3G e 2G-3G dove sono coin-
volte tratte nelle quali si utilizza la codifica PCM a
64 kbit/s. L’attivazione della funzionalità consente
di evitare la doppia codifica/decodifica PCM pre-
AAL-2 SAR SSCS RTP servando, in modalità compressa, la banda che
proviene dalla rete di accesso, e trasportando tale
AAL-2 UDP flusso in modo “trasparente” nel canale PCM a 64
kbit/s. In questo modo vengono risparmiati due
ATM IPv4 o IPv6 passaggi di transcodifica, quello da banda com-
pressa a PCM, e quello da PCM a banda com-
pressa. Il mancato impiego dei transcoder con-
AAL2 = ATM Adaptation Layer 2 sente di ridurre il tempo di elaborazione del
ATM = Asynchronous Transfer Mode
IPv4 = Internet Protocol v4 segnale in rete con conseguente diminuzione del
RTP = Real Time Protocol
SAR = Segmentation and Reassembly ritardo introdotto end to end; ciò permette quindi
SSCS = Service Specific Convergence Sublayer di offrire una migliore qualità del segnale vocale.
UDP = User Datagram Protocol
Il TFO è standardizzato in GSM a partire dalla
Rel.98; per UMTS è definito a partire dalla Rel.4.
La modalità di TFO viene attivata in una fase
TABELLA 1› Pile protocollari sull’interfaccia Nb. successiva a quella di set up della chiamata a valle
della quale i transcoder impiegati si scambiano
NOTIZIARIO TECNICO TELECOM ITALIA › Anno 14 n. 1 - Giugno 2005 117BELLONI › CECCARELLI › DE GREGORIO • Evoluzione della Core Network UMTS a Circuito
trame PCM a 64 Kbit/s, cioè un cam-
pione di voce codificato con 8 bit ogni Abis A A Abis
125 µs. Nel momento in cui uno dei due
transcoder tenta di attivare il Tandem BTS BSC MSC MSC BSC BTS
Free Operation, inizia a scambiare
segnalazione in banda con l’altro tran- MS TRAU TRAU MS
scoder. Lo scambio di segnalazione ha lo
scopo di comunicare all’altro transcoder
la volontà di passare in modalità TFO, e
quindi di comunicare quale codificatore Campioni PCM 64 kbit/s contenenti
frame TFO nei bit meno significativi:
impiegare nella connessione in corso. Se - bit di controllo
- campioni voce compressi
i due transcoder stanno impiegando una
codifica comune o compatibile, si atti- BSC = Base Station Controller
verà la modalità TFO. BTS = Base Transceiver Station
MS = Mobile Station
In mancanza di un codec comune, è MSC = Mobile Switching Centre
possibile continuare in modalità normale TRAU = Transcoder and Rate Adaptor Unit
utilizzando la transcodifica, oppure,
mediante procedura di “Codec Mismatch
Resolution”, tentare di negoziare un FIGURA 3› TFO (Tandem Free Operation) applicato ad uno scenario 2G-3G.
codec comune tramite lo scambio delle
liste dei codec supportati.
Quando la modalità TFO è attiva, le trame vocali rete e di risparmiare, nello stesso tempo, banda di
vengono trasmesse utilizzando alcuni degli 8 bit trasmissione.
disponibili del campione PCM, in funzione del bit Lo standard prevede comunque la possibilità di
rate associato al codec comune utilizzato. modificare il codec selezionato anche nella fase
I due transcoder non devono più effettuare attiva della chiamata in qualsiasi momento, ad
quindi operazioni di transcodifica, anche se la esempio dopo un handover.
banda impegnata in rete tra questi ultimi rimane Gli scenari di chiamata a cui si applica l’OoBTC
sempre di 64 kbit/s (8 bit utilizzabili per payload e sono gli stessi del TFO, a cui si aggiunge lo scena-
riempimento ogni 125 µs). La modalità di TFO con- rio di chiamata tra rete mobile e rete fissa.
sente quindi di migliorare la qualità vocale senza L’OoBTC è definito nello standard 3GPP a par-
offrire un risparmio di banda utilizzata (figura 3). tire dalla Rel.4.
La modalità di funzionamento dell’OoBTC può
6.2 OoBTC (Out of Band Transcoder Control) essere compresa facendo riferimento alla figura 4.
La centrale di origine O-MSC invia in segnalazione,
Il meccanismo di Out of Band Transcoder verso i nodi successivi, la lista dei codec suppor-
Control, contrariamente al TFO, consente di nego- tati, elencati per ordine di preferenza. Ogni nodo di
ziare già nella fase di instaurazione della chiamata, transito analizza la lista ed elimina da quest’ultima i
con segnalazione fuori banda, un’unica codifica codec non supportati, senza alterare l’ordine di
che permetta di non utilizzare la transcodifica in preferenza. Nell’esempio della figura 4, la centrale
di Transito elimina dalla lista il codec y in quanto
non disponibile nella stessa. Tale analisi viene
svolta da tutti i nodi di transito fino a raggiungere
la centrale di terminazione T-MSC. Quest’ultima
O-MSC Transit T-MSC seleziona il primo codec supportato della lista di
O-MGW Transit T-MGW
quelli supportati da tutti i nodi coinvolti nella chia-
MGW mata. Una volta selezionato, invia a ritroso tale
Codec list (v,w,x,y,z) informazione con la lista contenente i codec alter-
Codec list (v,w,x,z) nativi ma non selezionati.
Selected
codec = x Selected codec = x, available list (v,x,z,)
Nel caso raffigurato nella figura 4 il codec sele-
zionato è il codec x che viene comunicato da T-
Selected MSC sia al proprio MGW, che alle centrali Server
Selected codec = x, codec = x
available list (v,x,z,) Selected attraversate in precedenza dalla segnalazione di
codec = x Bearer
established controllo.
Bearer established
Al termine della procedura quindi tutte le cen-
trali Server e MGW coinvolte prevedono l’impiego
MGW = Media GateWay
MSC = Mobile Switching Centre dell’unico codec comune prescelto x.
O = Orinating Per utilizzare l’OoBTC è necessario che il proto-
T = Terminating
collo di Call Control supporti lo scambio delle
informazioni relative ai codec supportati. Le speci-
fiche 3GPP contemplano come protocollo di Call
FIGURA 4› Modalità di funzionamento di OoBTC (Out of Band Control, che supporta la procedura di negoziazione
Transcoder Control) per la negoziazione dei codec. dei codec, il protocollo BICC CS2 (BICC Capability
Set2). La condizione quindi per il supporto
118 NOTIZIARIO TECNICO TELECOM ITALIA › Anno 14 n. 1 - Giugno 2005BELLONI › CECCARELLI › DE GREGORIO • Evoluzione della Core Network UMTS a Circuito
dell’OoBTC è la presenza
del protocollo BICC CS2;
eventuali tratte di rete in cui OoB Codec
Control MSC Negotiation MSC
non è presente tale proto- Plane Server Server
T
collo implicano il ricorso alla r OoB Codec
RANAP a Negotiation
transcodifica della voce, OoB Codec n
Negotiation MGW s MGW RANAP
come descritto successiva- control i control
mente. t
Bearer Req Bearer Req Bearer Req
ME ME
RNC MGW N MGW RNC
6.2.1 TrFO (Transcoder Free e
t
Operation) User w
Plane o
r
Il OoBTC è il meccani- k
Radio Bearer Iu Bearer CN bearer Iu Bearer Radio Bearer
smo che permette la nego-
ziazione del tipo di codec e
della modalità di codifica End to end connection
mediante l’impiego di
segnalazione fuori banda; è CN = Core Network
quindi il meccanismo neces- ME = Mobile Equipment
MGW = Media GateWay
sario alla abilitazione del MSC = Mobile Switching Centre
Transcoder Free Operation. OoB = Out of Band
RANAP = Radio Access Network Application Part
Il Transcoder Free RNC = Radio Network Controller
Operation è la possibilità di
effettuare chiamate per le
quali non sono presenti nella FIGURA 5› Architettura TrFO (Transcoder Free Operation).
comunicazione end to end
device di transcodifica, oltre
ai codec della sorgente e
della destinazione. In questo modo è possibile tra- la quale non si riesce, con procedura OoBTC, a
smettere trame di voce compressa senza l’inseri- negoziare un codec comune end to end.
mento di transcoder in rete, permettendo sia un La funzionalità di “Codec at the Edge” utilizza
miglioramento della qualità della voce, in quanto si l’OoBTC e consente, nelle situazioni in cui sia ine-
elimina il ritardo delle due transcodifiche, sia un vitabile inserire nel percorso della chiamata alcune
risparmio di banda, in quanto l’informazione viag- transcodifiche, di selezionare i punti migliori in cui
gia in rete in modalità compressa. effettuarle; ad esempio le centrali che rappresen-
Il TrFO è specificato dallo standard a partire tano il bordo di un dominio di rete entro il quale è
dalla Rel.4. Lo scenario in cui è possibile utilizzare possibile negoziare una codifica comune.
la funzionalità di TrFO è solo quello di chiamata Nella figura 6 è riportato uno scenario di chia-
3G-3G. Infatti, negli scenari 2G-2G o di interlavoro mata nel quale non è possibile selezionare un
2G-3G, nella procedura di OoBTC il TRAU GSM codec comune end to end, poichè i nodi di tran-
seleziona il codec PCM, che è quello di default per sito dialogano con protocolli che non supportano
l’accesso GSM. Ciò comporta quindi una banda l’OoBTC, come ad esempio il protocollo ISUP. Il
occupata in rete pari a 64 kbit/s, e
le relative transcodifiche da PCM a
banda compressa (PCM/AMR per
la rete 3G), con l’impossibilità di Supported
ISUP
Supported
codecs list (BICC) codecs list (BICC)
avere la banda trasmessa in moda- (X,Y,Z) (Y)
lità compressa end to end. MSC TSN TSN MSC
L’architettura di riferimento per Selected Selected
la rete UMTS è quella riportata codec (BICC) codec (BICC)
(X) (Y)
nella figura 5. UTRAN UTRAN
PLMN 1 TRANSIT PLMN 2
6.2.2 Codec at the Edge Codec (X) MGW G.711 MGW Codec (Y)
MGW MGW
ATM/IP TDM ATM/IP
L’esempio preso in esame nella
figura 5 prevede che la negozia- ATM = Asynchronous Transfer Mode
zione di un codec comune tra tutti BICC = Bearer Independent Call Control
MSC = Mobile Switching Centre
i nodi di rete abbia successo. Può MGW = Media GateWay
PLMN = Public Land Mobile Network
avvenire però che sia necessario TDM = Time Division Multiplex
prevedere nella catena end to end TSN = Transit Network
alcune transcodifiche.
Ciò è quanto presentato nello
scenario seguente, in cui viene illu- FIGURA 6› Esempio d’impiego di “Codec at the Edge”.
strato il caso di una chiamata per
NOTIZIARIO TECNICO TELECOM ITALIA › Anno 14 n. 1 - Giugno 2005 119BELLONI › CECCARELLI › DE GREGORIO • Evoluzione della Core Network UMTS a Circuito
meccanismo di OoBTC permette quindi di atti- apporta modifiche al terminale e ai nodi di rete,
vare in segnalazione la transcodifica da voce inserendo campi aggiuntivi alla segnalazione di
compressa a codifica PCM e viceversa, nei due setup della chiamata. La funzione SCUDIF soddi-
MGW di bordo (at the edge) e non di accesso, sferà i seguenti requisiti:
consentendo il trasporto della voce in modalità • “Fallback to speech” durante l’instaurazione
compressa fino a questi ultimi, con il conse- della chiamata. Nel caso in cui il Setup della
guente risparmio di banda in rete. videochiamata non andasse a buon fine, la rete
proverà a negoziare su entrambi gli utenti la
chiamata voce.
7. Fallback delle Videochiamate • Alternare il servizio voce e video. Una chiamata
voce può trasformarsi in video e viceversa,
Il 3GPP ha specificato nuove funzionalità per mediante una procedura invocata dall’utente.
gestire il cambio di servizio da telefonia a video- • Permettere ad un utente di rifiutare o meno una
telefonia e viceversa, sia in fase di setup sia videocall richiesta dall’altro utente, mentre si è
durante la conversazione. La prestazione di rete connessi in modalità voce.
principale va sotto il nome di “Service Change • Cambiare il servizio voce/video iniziato da
and Fallback for UDI/RDI multimedia” (SCUDIF). rete. La rete potrà invocare un cambio di ser-
Inoltre è stata specificata anche una soluzione di vizio durante una videochiamata, se questo
breve termine, denominata “Redial”, più sem- non può più essere supportato (ad esempio
plice e basata principalmente su modifiche nel per la copertura radio 3G non più sufficiente)
terminale. e trasformare il servizio in voce su 2G. Se la
videochiamata può nuovamente essere sup-
7.1 Soluzione Redial portata, la rete può invocare nuovamente un
cambio di servizio per ritornare al servizio
Il meccanismo “Idle Mode Redial” è una combi- video.
nazione del servizio standard voce e del nuovo ser- Nel messaggio di setup, il terminale chia-
vizio di videochiamata. Tale soluzione è fondamen- mante indica il supporto della feature SCUDIF e
talmente basata su logiche inserite nel terminale. I indica le BC (Bearer Capability) disponibili
principali obiettivi della prestazione sono: (speech e video). Le stesse BC vengono inviate
• alternare voce e video durante una conversa- al terminale ricevente. Sia in origine che in desti-
zione, per mezzo dell’abbattimento e della suc- nazione è necessario che i servizi siano sotto-
cessiva instaurazione dell’altro tipo di servizio scritti nei relativi profili d’utente in HLR. Il termi-
verso lo stesso destinatario; nale ricevente rimanda indietro alla rete, come
• offrire la chiamata audio, quando la copertura conferma di negoziazione, la lista delle BC sup-
radio 3G degrada fino al punto di non poter portate. Se la negoziazione ha come risultato un
offrire più il servizio video. In questo caso il BC diversa da quella richiesta dal terminale chia-
video viene rilasciato e viene offerta la possibi- mante viene avviata una procedura di “In-call
lità di richiamare in audio lo stesso destinatario; modification”, dalla rete verso il terminale di ori-
• offrire la chiamata audio, quando il tentativo di gine.
chiamata video non va a buon fine. In ogni momento della conversazione sarà
L’obiettivo di tale prestazione è quello di velo- possibile cambiare il servizio da voce a video e
cizzare la richiamata in video o voce verso lo viceversa, mediante comandi su terminale che
stesso destinatario, mediante un’interfaccia MMI attivano poi la procedura di “In-call modification”.
(Man Machine Interface) che renda più semplice ed Nella figura 7 è riportato il flusso di messaggi
immediata la procedura. Il 3GPP non specifica la
MMI lasciando ai costruttori la libertà di progettare
tale interfaccia.
Dal punto di vista della core network, tale pre-
stazione è semplicemente vista come due chia- UE A MSC A MSC B UE B
mate che si succedono, una voce e l’altra video,
effettuate tra i medesimi utenti. Modify (BCb) Core Network
procedure
Modify (BCb)
7.2 Soluzione SCUDIF
Modify complete
Core Network (BCb)
Il servizio nominato “Ser vice Change and procedure
Modify complete
Fallback for UDI/RDI multimedia” (SCUDIF) è un (BCb)
miglioramento della soluzione Redial e permette
agli utenti di ottenere una chiamata voce quando la
BCb = Bearer Capability
connessione video a circuito end to end non è pos- MSC = Mobile Switching Centre
sibile (scenario di “fallback to speech”). Inoltre è UE = User Equipment
possibile alternare i servizi voce e quelli video
durante una chiamata. In tutti questi scenari il pas-
saggio tra i due servizi avviene senza che la chia- FIGURA 7› Richiesta di cambio di servizio voce/video.
mata iniziale venga abbattuta. La funzionalità
120 NOTIZIARIO TECNICO TELECOM ITALIA › Anno 14 n. 1 - Giugno 2005BELLONI › CECCARELLI › DE GREGORIO • Evoluzione della Core Network UMTS a Circuito
della procedura di “In-call modification”. Come si
può vedere i nuovi messaggi non riguardano solo
l’accesso radio, ma anche le procedure di Core
Network tra la rete di origine e quella di destina- [13] TS 23.205 Bearer-independent circuit-switched core
zione. network; Stage 2
[14] TS 29.414 Core Network Nb Data Transport and
8. Conclusioni Transport Signalling
[15] TS 29.205 Application of Q.1900 series to bearer inde-
L’evoluzione delle funzionalità della Cor e
Network UMTS, mostrate nel presente articolo, pendent Circuit Switched (CS) core network architecture;
riflette lo stato di maturità della tecnologia GSM Stage 3
e UMTS. Infatti, la Core Network UMTS eredita in [16] ITU-T Q.1902.1: “Bearer Independent Call Control CS2
buona parte la ben consolidata tecnologia GSM,
in aggiunta alla quale sono state create nuove Functional Description”
funzionalità tipiche del 3G (per esempio la video- [17] ITU-T Q.1902.2: “Bearer Independent Call Control CS2
chiamata). General Functions of Messages and Signals”
Quindi, l’evoluzione della core network è com-
posta, in parte, da nuove funzionalità volte ad [18] ITU-T Q.1902.3: “Bearer Independent Call Control CS2
ottimizzare una rete già ben collaudata aumen- Formats and Codes”
tandone l’affidabilità e riducendone i costi, ed in
parte, da nuove funzionalità al fine di rendere
disponibili nuovi scenari di servizio per la tecno-
logia 3G.
— BIBLIOGRAFIA — ABBREVIAZIONI
[1] TR 23.821 Architecture Principles for Release 2000 AAL2 ATM Adaptation Layer 2
[2] TS 02.53 Tandem Free Operation (TFO); Service ATM Asynchronous Transfer Mode
description; Stage 1 (GSM) AuC Authentication Centre
BCb Bearer Capability
[3] TS 03.53 Tandem Free Operation (TFO); Service
BCF Bearer Control Function
description; Stage 2 (GSM)
BICC Bearer Independent Call Control
[4] TS 08.62 Inband Tandem Free Operation (TFO) of BSC Base Station Controller
Speech Codecs; Service Description; Stage 3 (GSM) BTS Base Transceiver Station
[5] TS 22.053 Tandem Free Operation (TFO); Service CC Call Control
description; Stage 1 CCS7 Canale Comune 7
[6] TS 23.053 Tandem Free Operation (TFO); Service CIC Circuit Identification Code
description; Stage 2 CM Communication Management
[7] TS 28.062 Inband Tandem Free Operation (TFO) of CN Core Network
speech codecs; Service description; Stage 3 CS Circuit Switched
CP Control Plane
[8] TS 23.153 Out of band transcoder control; Stage 2
CSF Call Serving Function
[9] TS 25.953 Transcoder Free Operation GCP Gateway Control Protocol
[10] TR 23.903 Redial solution for voice-video switching IMS IP Multimedia Subsystem
[11] TS 23.172 Technical realization of Circuit Switched (CS) IP Internet Protocol
multimedia service; UDI/RDI fallback and service modifica- ISDN Integrated Service Digital Network
tion; Stage 2 ISUP ISDN User Part
[12] TS 23.236 Intra-domain connection of Radio Access Network MCF Media Control Function
ME Mobile Equipment
(RAN) nodes to multiple Core Network (CN) nodes
MGW Media GateWay
NOTIZIARIO TECNICO TELECOM ITALIA › Anno 14 n. 1 - Giugno 2005 121BELLONI › CECCARELLI › DE GREGORIO • Evoluzione della Core Network UMTS a Circuito
Paolo Belloni si è laureato nel 1995 con
lode in Ingegneria Elettronica presso
MMSF Media Mapping/Switching Function l’Università degli Studi di Pavia. Dalla fine del
1 9 9 6 l a v o r a p r e s s o T I L A B ( g i à C S E LT ) ;
MS Mobile Station inizialmente si è occupato di testing ed
integrazione di rete GSM/GPRS ed ha
MSC Mobile Switching Centre partecipato al progetto di messa in campo
MTP Message Transfer Part della Rete di Segnalazione Nazionale di
Telecom Italia; dal 2000 segue le tematiche
NAS Non Access Stratum inerenti al sistema UMTS ed alla sua
NNI Network-Network Interface evoluzione. Oggi, nel gruppo di Network Innovation/Mobile Core
Network si occupa di aspetti architetturali e di standardizzazione
NRI Network Resource Identifier della Core Network UMTS; è impegnato in progetti di consulenza
verso TIM ed è delegato del gruppo Telecom Italia al consorzio
OoBTC Out of Band Transcoder Control 3GPP per la standardizzazione della Core Network UMTS.
PCM Pulse Code Modulation
PS Packet Switched
PSTN Public Switched Telephone Network
QoS Quality of Service
RAB Radio Access Bearer
RAN Radio Access Network
RANAP RAN Application Part Daniele Ceccarelli si è laureato con
RDI Restricted Digital Information lode in Ingegneria delle Telecomunicazioni
presso l’Università degli studi di Roma “La
RNC Radio Network Controller Sapienza” nel 1999. È stato assunto in TIM nel
RRC Radio Resources Control 2000 nella area di Commutazione, tecnologie
ed industrializzazione di core network, dove ha
RTP Real Time Protocol iniziato a seguire le tematiche di Voice over IP
e di trasporto della segnalazione su IP nella
SAR Segmentation and Reassembly rete TIM. Dal 2001 collabora al progetto di
SSCS Service Specific Convergence Sublayer introduzione della tecnologia UMTS di core
network, seguendo gli aspetti legati al dominio a circuito, e agli
SIP Session Initiation Protocol algoritmi di autenticazione in rete. Sempre dal 2001 collabora con
SDP Session Description Protocol la scuola SSGRR ai corsi di formazione specialistica per il
personale TIM su tecnologie di core network (progetto interno T5).
SGSN Serving GPRS Support Node È attualmente impegnato nelle tematiche di evoluzione e sviluppo
SSCF Service Specific Coordination Function della rete UMTS di TIM, con riferimento alle nuove architetture di
core CS e alle sue funzionalità/servizi (videochiamata).
SSCOP Service Specific Connection Oriented
Protocol
TDM Time Division Multiplex
TFO Tandem Free Operation
TMSI Temporary Mobile Subscriber Identity
TrFO Transcoder Free Operation
TRAU Transcoder and Rate Adaptor Unit
TSN Transit Network Maurizio de Gregorio si è laureato nel
1996 con lode in Ingegneria Elettronica presso
UDI Unrestricted Digital Information l’Università di Firenze. Nel 2004 ha conseguito
UDP User Datagram Protocol un programma di Master of Business
Administration presso la University of Malta.
UE User Equipment Dal 1997 ha maturato esperienze nell’ambito
delle telecomunicazioni presso varie aziende di
UP User Plane TLC tra cui TILAB, Infostrada e TIM. Ha
UTRAN UMTS Terrestrial Radio Access Network lavorato vari anni nelle aree tecniche
occupandosi di nuove tecnologie e servizi per
WCDMA Wideband Code Division Multiple Access la rete fissa, rete mobile 2G/3G e internet, recentemente si è
spostato nell’area di Marketing Consumer dove si occupa di
project management di servizi innovativi.
122 NOTIZIARIO TECNICO TELECOM ITALIA › Anno 14 n. 1 - Giugno 2005Puoi anche leggere
