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Otimização de Processo de Decisão no Handover Vertical em

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1. Interface IMs entities Description Protocol Name HTTP over Used by MRFC to fetch documents scripts and other dedicated Cr MREGA AS resources from an AS TCP SCTP channels Cx E Cc Used to communicate between I CSCF S CSCF and HSS Diameter SIP AS OSA Dh SCF IM SSF U sed by AS to find a correct HSS in a multi HSS anes environment HSS I CSCF S CSCF Used by I CSCF S CSCF to find a correct HSS in a multi Dx Diameter SLF HSS environment Gm UE P CSCF Used to exchange messages between UE and CSCFs SIP Allows operators to control QoS in a user plane and exchange COPS Rel5 Go PDF GGSN charging correlation information between IMS and GPRS i Diameter Rel6 network Used to exchange policy decisions related information E Gq P CSCF PDF between P CSCF and PDF eae ISC ea OCA Used to exchange messages between CSCF and AS SIP Used to directly forward SIP requests which are destinated to a ces a Public Service Identity hosted by the AS a MGCF converts ISUP signalling to SIP signalling and ME MA forwards SIP signaling to I CSCF PE Mi S CSCF gt BGCF Used to exchange messages between S CSCF and BGCF SIP Mj BGCF gt MGCF Used to exchange messages between BGCF and MGCF in SIP the same IMS network Mk BGCF gt BGCF Used to exchange messages between BGCFs in different IMS SIP networks I CSCF S CSCE Mar Mesa IP Used for exchanging messages between IMS and external IP Not specified networks network MGC
2. A Vertical Handover Architecture for End to End Service Optimization Mobile and Wireless Communications Summit 2007 ZAH06 ZAHRANM A H LIANG B SALEH A Signal threshold adaptation for vertical handoff in heterogeneous wireless networks Department of Electrical and Computer Engineering University of Toronto Canada 2006 MAJ02 MAJLESI A KHALAJ B H An adaptive fuzzy logic based hand off algorithm for hybrid networks 6th International Conference on Signal Processing 2 Aug 2002 pp 1223 1228 ZHU04 ZHU F MCNAIR J Vertical handoffs in fourth generation multinetwork environments IEEE Wireless Communications vol 11 no 3 pp 8 15 2004 NAK03 NAKAJIMA N SUBIR D A SCHULZRINNE H Handoff Delay Analysis and Measurement for SIP based mobility in IPV6 IEEE International Conference on Communications vol 2 2003 DARO1 DA ROCHA R C A and Endler M MobiCS An Environment for Prototyping and Simulating Distributed Protocols for Mobile Networks In Proc 3rd IEEE Intern 77 Conference on Mobile and Wireless Communications Networks MWCN2001 Recife Brazil pages 44 51 August 2001 RICO8 RICARDO C A ROCHA MobiCS Home Page http www lcpd ime usp br mobics Jan 08 21 32 EABO8 Ericsson AB Ericsson Service Development Studio SDS 4 1 Technical Description 2008 MANO6 MANI M CRESPI N Handover Criteria Considerations in
3. LIU96 LIU J MAGUIRE JR G Q LIU G Enhancing the Efficiency and Reliability of Handover and Routing Performance in Wireless Mobile Internetworking Environments In Proceedings of the 2nd Workshop on Personal Wireless communication Wireless Local Access Frankfurt December 1996 ZHU06 ZHU F MCNAIR J Multiservice Vertical Handoff Decision Algorithms Wireless amp Mobile Systems Laboratory Department of Electrical and Computer Engineering University of Florida USA 2006 WAN99 WANG H J KATZ R H GIESE J Policy Enabled Handoffs across Heterogeneous Wireless Networks Proc IEEE Workshop Mobile Computation Systems and Applications Feb 1999 http citeseer ist psu edu cache papers cs 4057 http 76 ZSZZSZwww cs berkeley eduzSz helenjwzSzhomepageszSz zSzpaperszSzwmcsa99 pd f wang99policyenabled pdf AGA07 AGARWAL M SARKAR S The Heart of FMC SIP Based Dual Mode Handsets Utstarcom Inc USA 2007 KUMO6 KUMUDU S M JAMALIPOUR A and Vucetic B Interworking entre WLAN e Redes Celulares de 3 Gera o Uma Arquitetura Baseada em IMS School of Electrical and Information Engineering University of Sydney NSW 2006 Australia GRE06 GRESH S Towards Service Continuity in Emerging Heterogeneous Mobile Networks Networking Laboratory Helsinki University of Technology 2006 FLOO7 FLOROIU J W CORICI M LEE B LEE S ARBANOWSKI S MAGEDANZ T
4. 1 Power On 2 PS Attach 3 Establish PDP context ON l Initiate PoC 6 INVITE IMS Core A 4 Perform IMS Registration gt Session 7 Evaluati Filter Criteria 81 PoC AS A participating amp controlling on of Initial H 8 INVITE H 9 INVITE 10 INVITE PoC AS B participating IMS Core B PoC user UE B 1 Power On 2 PS Attach 3 Establish PDP context PS Domain B 4 Perform IMS Registration 11 Evaluation of Initial Filter Criteria 12 INVITE 13 INVITE RS 14 QoS authorization SBLP 418 200 OK ROS I for media l at 20 200 OK L 4 21 200 OK l 22 200 OK lt t _ _ 23 Talk burst confirm es en een aye 24 QoS authorization SBLP ooo eee at 25 200 OK 26 ACK p 29 ACK Lt 30 ACK 27 Media E 28 Establish appropriate PDP context for media E 35 Receiving talk burst 36 Media 32 ACK 33 ACK 37 Media B gt SLAGR 38 Media Figura A 2 Sinaliza o da Sess o PoC sob demanda com resposta manual Ap ndice B Interfaces do IMS 82 A tabela representa detalhes das v rias entidades do IMS os protocolo utilizado e os respectivos nomes das interfaces 3GP05
5. es 2 4 1 Protocolo SIP O SIP Session Initiation Protocol um protocolo da camada de controle para cria o modifica o e finaliza o de sess es com um ou mais participantes Essa sess o pode ser uma chamada simples ou poderia ser uma sess o de confer ncia multim dia colaborativa 26 A habilidade de estabelecer essas sess es que suportam servi os se tornou poss vel como o e commerce com suporte voz web page click to dial Instant Messaging com listas de conhecidos e servi os IP Centrex Este protocolo est em cont nua evolu o e est sendo extendido de conforme a tecnologia se torna mais madura assim como produtos que suportam SIP est o cada vez mais presentes no mercado A filosofia da IETF a simplicidade especificar somente o que necess rio O SIP realiza muito desse conceito uma vez que foi desenvolvido como um mecanismo de estabelecimento de sess es onde n o era necess rio conhecer muitos detalhes das mesmas apenas seu in cio finaliza o e modifica o Essa simplicidade torna o SIP escal vel e extens vel uma vez que se ajuta diferentes arquiteturas e cen rios de desenvolvimento O SIP um protocolo que solicita respostas request response que se aproxima muito dos protocolos de Internet HTTP e SMTP consequentement o SIP se ajusta confortavelmente com as aplica es de Internet Ao utilizar este protocolo a telefonia se transforma em mais uma aplica o web e se integra fa
6. Tabela 4 1 Funcionalidades do SDS 4 Livin dada ida 46 Tabela 4 1 Crit rios que representam a integra o WLAN e 3GPP ocoocccncconoccconncconcnanncnanono 49 Tabela 4 3 Componentes do VCC a 50 Tabela 4 4 Crit rios de Handover na rede de acesso errar 55 Tabela 4 6 Crit rios de Handover no UE a SRI 60 Tabela 5 1 Requisitos QoE para POC sessao 26 quedas Tapa a dba a elas E E E a gaSaaa 60 Tabela 5 2 Par metros UTRAN utilizados no algoritmo CSA e respectivas otimiza es para melhorar a QUE nas sess es POC as sena cadessserrsdrsaser tar isatrasigad ca donscaeatesddavaessacdeataenavs cavers 62 Tabela 5 3 Requisitos OMA para atraso fim a fim no POC ia 63 Tabela 5 4 Caracter sticas das APN Multi servi os e APN Servi o espec fico 67 Tabela 5 5 Otimiza o de Par metros 34 2 aie duetcioninenina agen Pra di yee ea 68 1X Lista de S mbolos P p probabilidade condicional A P matriz de transi es da cadeia de Markov t intervalo de tempo PI matriz de transi es da cadeia de Markov no instante t b distribuig o da probabilidade de observag o n S estados do modelo de Markov N n mero m ximo de estados do modelo de Markov k s mbolo observ vel x vetor de simbolos Q conjunto de estados do modelo IMS VCC CSCF P CSCF S CSCF I CSCF IM SSF SDS PTT 3GPP FMC WLAN GPRS UMTS PDP ICSA MSC CS CCCF QoS UE SIP PS PoC MOS BER IP C
7. celular O servi o IMS de mobilidade para sess es de dados v deo e multim dia est o al m do escopo do VCC Ainda assim com o advento do IPTV da TV m vel dos servi os triple play combinados com a crescente popularidade das atividades online como jogos interativos redes sociais etc existe a clara necessidade de aplicar mobilidade tamb m s sess es multim dia em tempo real Discute se muito que o potencial do IMS n o ser atingido at que a habilidade de prover suavemente continuidade de sess es de multim dia atrav s dos dom nios de acesso heterog neos seja alcan ada BAW06 A Figura 1 2 ilustra a id ia de continuidade de servi o em cen rios convergentes Figura 1 2 VCC Continuidade do servi o de voz em redes heterog neas Uma vez que a padroniza o do VCC ainda est em andamento e n o se espera que esteja completo a curto prazo uma especifica o funcional foi desenvolvida Essa especifica o adota por antecipa o alguns aspectos da estrat gia do VCC e os adapta s condi es dispon veis atualmente na rede a fim de atender aos requisitos de continuidade de servi o de voz em crescente sofistica o INT06 Dentro dessa especifica o o handover suave ganha destaque e se torna uma das quest es centrais a ser solucionada no projeto de protocolos em redes m veis e sem fio Idealmente um protocolo de handover deve garantir que a migra o de um computador
8. nio CS quando a pot ncia do sinal WiFi fica abaixo do limite determinado no terminal Uma chamda CS realizar o handover para o dom nio IMS quando a pot ncia do sinal WiFi ultrapassar o limiar previamente determinado no terminal do usu rio N o existe um limite de quantidade de handovers executados na rede em nenhum dos sentidos no entanto a estrat gia de VCC atualmente suporta apenas o handover de voz e n o sess es de dados 67 Nas chamadas PoC os crit rios de qualidade devem alcangar os j discutidos Key Performance Idicators definidos pelo OMA al m de demonstrarem estabilidade na conversac o e durante a mobilidade bem como a alta disponibilidade Aplicando este modelo pr tica pode interessar uam operadora o lan amento de servicos internet WAP PoC etc na sua rede atrav s do emprego de APN Access Point Name multi servigos ou de servigo espec fico Um APN multi servigos permite que diversos servi os sejam ativados utilizando somente um endere o IP J um APN de servi o espec fico um APN que permite rodar apenas um tipo de servi o As caracter sticas dos APNs de servi o espec fico e multi servi os est descrito na tabela 5 4 Tabela 5 4 Caracter sticas dos APN Multi servi os e APN de Servi o espec fico APN Multi servicos APN de Servico Espec fico gt Diversos servi os rodam em paralelo gt Cada servi o requer e solicita um novo usando apenas um endere o IP endere o I
9. rio pesquisar qual ferramenta de simula o seria adequada para emular a topologia de rede e as caracter sticas dos enlaces com e sem fio bem como de mobilidade Na literatura corrente as ferramentas mais utilizadas s o o NS e o MobiCS RICOS O MobiCS foi escolhido por ser uma ferramenta Java que j possuia m dulos de rede pr definidos em bibliotecas 3GP03 dispon veis para uso em pesquisa Al m do MobiCs foi identificada uma segunda ferramenta de simula o dos m dulos de rede do IMS o SDS Service Development Studio Os sub cap tulos desta seg o discutem as caracter sticas de cada um destes simuladores e apresenta justificativas para o emprego de uma ou outra ferramenta no desenvolvimento desta disserta o 4 1 MobiCS O MobiCS tem sido usado como ferramenta para ensino e pesquisa em institui es como IME USP DI PUC Rio DCC UFMG e no Indian Institute of Technology em Roorkee O MobiCS Mobile Computing Simulator um ambiente para prototipa o teste e simula o de protocolos para computa o m vel O MobiCS possui dois modos de simula o o determin stico e estoc stico O modo determin stico utilizado para avaliar protocolos em situa es espec ficas a simula o se baseia em um script que expressa o comportamento din mico do ambiente de computa o m vel desde a movimenta o dos computadores m veis o instante de envio recebimento de mensagens at a ordem global de ocorr ncia dos ev
10. uma arquitetura de telecomunica es que surgiu para efetivar a converg ncia das redes fixas e m veis de telecomunica es que vem sendo constru da a partir das redes de pr xima gera o e visa atender aos requisitos de disponibilidade dos servi os heterog neos e de mobilidade Uma vez que o IMS possibilita a integra o de dom nios como o de uma WLAN e o de uma rede celular de comuta o de circuitos uma das preocupa es do IMS se refere ao handover vertical ou habilidade de realizar a transfer ncia transparente entre estes dom nios tanto de uma sess o de voz quanto dos servi os disponibilizados em ambos A padroniza o para minimizar o problema referente continuidade de sess es de voz vem sendo definida pelo 3GPP 3rd Generation Partnership Project atrav s do esfor o VCC Voice Call Continuity 3GP07 Existe um grande interesse tanto das operadoras de telecomunica es quanto dos fornecedores de solu es FMC Fixed Mobile Convergence nesta habilidade do IMS de fornecer continuidade de sess o atrav s de dom nios de acesso heterog neos sendo este um passo cr tico em dire o converg ncia fixo m vel As modernas redes m veis s o capazes de fornecer alta disponibilidade apesar de as WLANs serem conhecidas por possu rem relativamente maior quantidade de banda quando comparado com o GPRS e o UMTS A disponibilidade de servi os a taxas de dados muito altas em redes heterog neas pode ser alcan ado atra
11. 2 Antecipa o do handover redu o da lat ncia do handover antecipando o em uma ou mais EBs candidatas fast handover semi soft handover multicast based handover 3 Uso de combina o de algumas estrat gias hybrid handover A tabela 3 1 apresenta alguns tipos e estrat gias utilizadas para o handover nas redes m veis NAGO6 Tabela 3 1 Tipos e estrat gias de handover Tipo Exemplos Hierarchical handover Hierarchical Mobile IP Fast amp Scalable Handoffs Fast handover Fast Handover for Mobile Ipv6 Semi soft handover Celular IP HAWAI Multicast based handover Multicast based Mobility Hybrid handover S MIP IDMP 35 As estrat gias de handover oferecem uma parte da solug o por m podem trazer novos problemas Por exemplo poss vel reduzir a lat ncia usando estrat gias para antecipag o do handover multicast no entanto pode haver duplicac es e pacotes fora de ordem O gerenciamento de localiza o centralizado causa maior lat ncia e perdas por m o gerenciamento distribu do requer mensagens de controle para manter os estados dos caches v lidos carga na rede Diferentes tipos de aplica es possuem diferentes requisitos de QoS e podem perceber os efeitos de um handover com diferentes intensidades Um conjunto de t cnicas pode ser empregado em uma tarefa de handover para melhor satisfazer os requisitos da aplica o Al m disso o padr o de mobilidade e caracter sticas d
12. A a Pe ais ohh sighs 8 14 Contribui o rasas cabin tac oe tence cre ga led a enc A pe net AUS 8 1 5 Organizacao ss cael see a E Mat ae A E 9 Capitulo 2 Evolu o das Redes de Telecomunica es oooooonoccnnccnnococonoconcconoconnnoconoconoconn conocio cono cnnc conan 10 2 1 IP Multimedia Subsystem ts SS So ca 11 Z 2 Protocolos NGN IMSS aia 14 2 2 1 Pilha de protocolos SS7 s css s ssccssseccessasasesdacsssecousdetsceasstvvansedtaosdseassngnesdasoeousanes 14 2 2 2 O RAN geo accede nap ea he AA A A O 15 223 A O Hot acter Poe RTE ere 17 Dis A POUL O CU rea DIVISA a a a et cle bain ake eo 18 23 1 CSCE enin O icnaes 19 2 3 1 1 P CSCE Proxy CSCE iiien atiii saiia 20 ZO iz STE Servinge CSCE ore 21 2 3 1 3 I CSCF UInterrogating CSCE cooococooccccooccccoonncconnncconnnononononononononnnononcncnnnnnnns 21 v 2 3 2 Servidores de Aplica o AS cccccccsccesccseccesnceceeecesceseeceeseeceaecnseeseecesneees 23 2 3 3 HSS Home Subscriber Server ooonnnnnininininacininonanannn nono corona ranana nono nccccnanano 24 2 4 Arquitetura L gica do IMS cccccccccssccssscsssesscessscssecessecesscesssecsssesscesssccnssesseseescees 24 A O 25 2 5 CONCIUS O iria id Aa 27 Cap tulo 3 Handover Vertical teo E ee e ce 28 SL Han do VE SAVE ica 28 3 1 1 Procedimentos de Handover erre 30 3 1 2 Tipos de Handover as EA o di aaa 31 3 1 3 Tarefas do Handover ssa AS 32 3 1 4 Protocolos de Handove
13. Handover Portanto a parte de um protocolo para redes m veis respons vel pelo handover ou protocolo de handover deve ser eficiente no sentido de garantir baixa lat ncia da atualiza o da rota para encaminhamento de pacotes produza pouca sobrecarga na rede e minimize os atrasos e perdas de pacotes para o dispositivo m vel YLIO1 Garantir a transpar ncia na mobilidade no entanto uma tarefa complexa que n o depende apenas do protocolo de handover mas tamb m das caracter sticas da rede sem fio como por exemplo o tamanho das c lulas a exist ncia ou n o de reas de intersecg o o tipo e a topologia da rede fixa que interconecta as esta es base a frequ ncia de migra o dos usu rios computadores moveis a natureza do fluxo de comunica o bem como o suporte para Qualidade de Servi o QoS existente na rede ou implementada na aplica o Por causa disso n o existe um nico protocolo de handover que melhor atenda a todos os requisitos de 29 handover suave de uma aplica o para todas as poss veis situa es de mobilidade de usu rios e dos tipos de redes m veis NAGO6 As diversas solu es existentes para obter o handover suave acabam sendo muito espec ficas para uma determinada tecnologia de rede sem fio i e GSM GPRS e portanto podem possuir um escopo de aplica o limitado Por exemplo existem solu es para redes GSM Global System for Mobile Communications GPRS General Packet Radio Servi
14. O SDS tamb m pode ser configurado como um emulador da rede core de IMS assim como um ambiente de execu o de servidores JEE SIP em testes com os servi os de IMS A figura 4 1 apresenta a perspectiva visual da ferramenta SDS EABO8 E Network view EEE Palette Select 4 Marquee gt E j Ericsson Z ea LU UCSCF CSCF 1 DNS 1 VPoC Server UDNS vg Symbian Emulator A dg Emul PoC Server Symbian Emulator A El console 33 a ta Gl Bes 75 DNS Console Log Remote Java Application C Program Files Java jdk 1 5 0_10 bin javaw exe 8 Apr 08 7 34 48 PM INFO 19 34 54 776 Logging Thread 08 Apr 2008 19 34 54 745 zone maintenance a INFO 19 34 54 776 Logging Thread 08 Apr 2008 19 34 54 745 zone settimer zor INFO 19 34 54 776 Logging Thread 08 Apr 2008 19 34 54 745 zone timer zone INFO 19 34 54 776 Logging Thread 08 Apr 2008 19 34 54 745 zone maintenance INFO 19 34 54 776 Logging Thread 08 Apr 2008 19 34 54 745 zone settimer zor y Figura 4 1 Perspectiva visual da rede na ferramenta SDS 46 A tabela 4 1 apresenta as funcionalidades dispon veis no SDS vers o 4 1 EAB08 Tabela 4 1 Funcionalidades do SDS 4 1 Aplica o para desenvolvimento e debug de redes IMS Cliente Servidor Baseado em IDE Eclipse Integrated Development Environment para desenvoldores Java EE Eclipse 3 4 WTP 3 0 Web Tools Platform Ec
15. Server s o os elementos chave dessa arquitetura Est o envolvidos essencialmente no processamento de mensagens para controle de sess es de voz e multim dia Adicionalmente o CSCF ainda se envolve com tradu o de endere amento comuta o de servi os e negocia o de sinal al m de gerenciar o perfil do usu rio O CSCF pode ser categorizado de acordo com as necessidades dos cen rios onde ser configurado mais detalhes sobre cada um destes elementos est o descritos nas pr ximas se es 2 3 1 CSCF O IMS CSCF Call Session Control Function prov o controle de sess o entre o acesso transporte e camadas de aplica o do IMS e explora a infraestrutura QoS IP Existem 20 diversas fun es para o CSCF servidor controle proxy e o desenvolvimento destes elementos est baseado em como a portadora projeta sua rede Os aspectos de servidor e controle podem ser mais apropriados no core da rede IMS enquanto o proxy ser mais apropriado na borda O CSCF o cora o da camada de controle e precisa fornecer o mesmo desempenho que as portadoras esperam de seus controles SS7 A figura 2 9 apresenta a arquitetura IMS onde o CSCF se comporta como elemento de controle para integra o entre a rede IMS e a rede PSTN SCP Transitional SigT am pm ca Control pa At S CSCF P CSCF SSP MSC Figura 2 9 Call Session Control Function CSCF Transig o do PSTN para o IMS Os servidores SIP s o n s essenciai
16. de desconex o e reconex o na c lula exercem este efeito pois o terminal fica impossibilitado de enviar ou receber qualquer pacote at que a sinaliza o de mobilidade esteja completa No entanto a configura o adequada do conjunto de par metros relevantes para esta opera o minimiza tais efeitos Os impactos de QoE devido aos atrasos gerados pela mobilidade entre sistemas especialmente sobre o desempenho das sess es de PoC s o discutidos nos pr ximos sub cap tulos 5 1 Impactos no QoE para o PoC Os impactos sobre a qualidade da voz durante a mobilidade se originam dos atrasos causados pela troca do tipo de acesso caso essa troca ocorra durante o in cio da sess o ou no usu rio que inicia a transa o a mesma ter a dura o de pelo menos o mesmo tempo de dura o do atraso A tend ncia do usu rio PoC nessa situa o intencionalmente terminar a sess o No caso de um UE conectdo a um acesso UTRAN os atrasos ser o gerados durante o estado desconex o da c lula Durante o soft handover como uo UE escuta v rias c lulas a 62 qualidade do sinal RF pode ser melhor Quando uma sess o do UE vai para o estado de reconex o e executa uma seleg o de c lula o UE n o poder enviar ou receber qualquer pacote at que a sinaliza o de mobilidade esteja completa Existe uma s rie de recomenda es que ajudam a evitar a ocorr ncia de mudan as de c lula ou resele es a fim de reduzir este impacto no sist
17. dom nios IMS e CS Zz No IMS este registro realizado no S CSCF enquanto no dominio CS o HLR tera as informa es sobre o assinante O servidor de aplica es VCC deveria ser o primeiro servi o a ser ativado para chamadas originadas e o ltimo servi o ativado para chamadas terminadas 66 O handover do dom nio IMS para o dom nio CS conhecido por One Way Handover se aplica em dois casos e O usu rio que origina a chamada um DMH que est na rede IMS figura 5 1 e O usu rio de recebe a chamada um DMH registrado na rede IMS O handover originado do dom nio CS para o dom nio IMS se aplica quando o usu rio que recebe a chamada para um n mero IMS enquanto est conectado na rede m vel figura 5 2 Neste caso assume se que a chamada foi originada na rede IMS S VCC S MSC MGCF CSCF AS BS AS CSCF MGCF Msc E ere pl SETUP HO IAM Servicg Number HQ INVITE SN HO INVITE SN HO REINVITE B REINVITE B REINVITE B ITEB D m zZz lt 5 m wo REINVITE BI 2o0ox FEN 200 OK fo E Original A Number Figura 5 3 Handover originado do IMS para o CS O DMH respons vel por disparar o handover baseado nos crit rios de medida relacionados a qualidade do servico Os limites de qualidade do servigo que determina quando o deve ser executado est configurado no terminal VCC Uma chamada originada ou terminada no dom nio IMS realiza o handover para o dom
18. fixas de telecomunica es e continuar a ser a tecnologia predominante por muitos anos Sua complexidade deriva de tr s grandes fontes e Trata se de um apanhado de padr es e varia es espec ficas por pa s Por exemplo ITU T International Telecommunication Union Standardization Sector ANSI American National Standards Institute ETSI European Telecommunications Standards Institute NTT Group JTT e Telcordia Technologies Inc definiram as especifica es SS7 e existem diferentes implementa es em v rias partes do mundo e O SS7 faz uso de subprotocolos em m ltiplos n veis essencialmente existem v rios protocolos de transporte da sinaliza o outros para compor e analisar essa sinaliza o outros para organizar as transa es baseado nas mensagens sinalizadas e ainda outros para manipular aplica es de rede como ISDN ou AIN Advanced Intelligent Network Estes podem ser combinados em v rios protocolos por exemplo INAP TCAP SCCP MTP3 para AIN ISUP MTP3 para ISDN BICC para infraestrutura wireless HLR e softswitches BB NB Networking B ISUP MTP3 B para banda larga e Complexidade de uma integra o com o ATM uma vez que o ATM foi visto como a banda larga de camada 2 quando o SS7 foi estendido na d cada de 80 Isto causou mudan as adicionais no protocolo outros foram desenvolvidos e diferentes tipos de hardware foram utilizados do que os em uso nas aplica es de banda estreita Ainda assim as operadoras pre
19. gerenciar o crescimento do volume de sinaliza o que o IMS imp e Esta disserta o se prop e a colaborar na solu o do terceiro questionamento referente continuidade do servi o atrav s dos diferentes acessos existentes No entanto a fim de ilustrar a complexidade que envolve este tema segue nas pr ximas sess es um estudo da evolu o que culmina com o emprego do IMS em seu est gio atual 2 1 IP Multimedia Subsystem Tornar a mobilidade transparente para o usu rio e continuidade do servi o um grande desafio na constru o de redes heterog neas NAGO7 Fornecer acesso permanente a uma rede independente da localiza o f sica do dispositivo o seu principal objetivo Desta forma poss vel acessar informa es e utilizar servi os em qualquer hora e desde qualquer lugar Uma grande preocupa o das operadoras diz respeito ao problema existente na ger ncia da sinaliza o de pr xima gera o e do legado simultaneamente enquanto realiza a transi o para o NGN IMS considerado o problema n mero 1 por 40 por cento dos consultados numa pesquisa online durante um Webinar sobre o IMS WANO7 A complexidade da arquitetura IMS tem um impacto significativo no controle da sinaliza o e o desenvolvimento dos servi os IMS traz um crescimento significativo no n mero de mensagens em tr nsito quando comparado com os servi os de telefonia tradicionais A implanta o do IMS nas operadoras ocorre basicamente em
20. incipiente de desenvolvimento n o havendo a possibilidade de investigar os impactos fim a fim via emprego do ambiente simulado apenas a realiza o de testes com o servi o PoC sem 49 incluir os fluxos do handover Por essa raz o todos os fluxosde chamada foram obtidos em testes executados em ambiente de laborat rio O objeto desta disserta o corresponde ao cen rio n mero cinco entre os 6 cen rios definidos pelo 3GPP 3GP03 para continuidade de servigos conforme exibido na tabela 4 2 Tabela 4 2 Cen rios que representam de integra o entre redes WLAN e 3GPP Cen rio Descri o Common Billing and Customer Care o assinante recebe apenas uma conta da operadora pelo uso dos servi os 3GPP e WLAN 3GPP system based Access Control and Charging AAA Authentication Authorization and Accouting para WLAN s o providos atrav s do sistema 3GPP utilizando credenciais U SIM Depois de ser autenticado com sucesso o assinante recebe a autoriza o de acesso Access to 3GPP system OS based services permite acesso a SMS Presence MBMS e acesso corporativo atrav s da WLAN Service Continuity permite que os servi os suportados no cen rio 3 sobrevivam mudan a de acesso entre WLAN e UTRAN GERAN A mudan a pode ser percebida pelo usu rio mas n o deve existir a necessidade de restabelecimento do servi o A norma prev que devido aos diferentes tipos de acesso existentes possa h
21. m dia pode compartilhar um contexto PDP com outros contextos gen ricos Um contexto PDP solicitado para a sinalizag o IMS toda a m dia compartilha um nico contexto PDP e todo o tr fego GPRS usa contextos PDP separados Contextos PDP nicos s o solicitados para a sinaliza o IMS toda a m dia como udio e texto solicitam contextos PDP distintos e todo o tr fego GPRS usa um contexto PDP distinto importante ressaltar que essa distin o dos tr fegos de dados simult neos na rede e permite identificar e avaliar em quais n veis a solug o de continuidade de voz do 3GPP atende aos requisitos para o servi o PoC bem como estabelece refer ncias de qualidade fim a fim para efetivar tal an lise 4 5 Cen rios de teste Existem dois tipos de tr fego para servigos no IMS e Tr fego de M dia e sua sinaliza o correspondente RTP RTCP TBCP e Tr fego de sinaliza o de controle SIP HTTP Ambos s o transportados em fluxos de comuta o de pacotes e portadoras de radio Estes fluxos foram coletados e analisados segundo os seguintes cen rios e Handover iniciado no dom nio CS e terminado no dom nio IMS e Handover iniciado no dom nio IMS e terminado no dom nio CS e Handover n o completado 54 Para cada um dos cen rios foram coletadas amostras de chamadas realizadas atrav s do emprego da ferramenta Wireshark COMO8 cujos tra ados cap Para os casos de handover completado foram coletadas am
22. ponto de vista dos poss veis pontos de acesso dispon veis ao usu rio J para a solu o do problema da continuidade de servi o o ajuste dos par metros dipon veis em todos os elementos envolvidos na sess o oferece uma adequa o dos requisitos de continuidade e transpar ncia durante a efetiva o do handover vertical No caso espec fico desta pesquisa os resultados apontam para ajustes nos par metros da aplica o do usu rio e o ajuste de par mentros espec ficos que impactam a qualidade fim a fim da utiliza o de uma determinada aplica o melhoram o processo de decis o ne handover vertical executado pelo dispositivo do usu rio bem como a qualidade do servi o oferecido nas redes IMS A introdu o do conceito de otimiza o de par metros de handover por aplica o a contribui o trazida por esta disserta o cujos resultados s o teis tanto para implementa es comerciais bem como para poss veis entradas para ensaios realizados sobre as redes de ambiente Entretanto alguns coeficientes precisaram ser assumidos devido complexidade em reproduzir em ambiente de laborat rio os impactos gerados pelas redes reais entre eles Acesso selecionado Consumo de energia no handset A complexidade dos requisitos de qualidade que impactam em outras aplica es tamb m precisam ser considerados As redes de ambiente consideram a exist ncia um elemento externo para monitorar os potenciais eventos de mobilidade
23. radio N o h conhecimento a priori da nova esta o base Este tipo de handover sem mecanismos de otimiza o pode causar perdas de pacotes Por exemplo este tipo de handover empregado no MIP Mobile IP onde um computador m vel detecta uma migra o atrav s de an ncios de FAs Agent Advertisements quando j esta na nova localiza o e n o em mais comunica o com o antigo FA 4 handover pro ativo conhecido a priori a esta o base ou um conjunto de potenciais esta es base para onde o computador m vel vai se conectar Isto pode ser usado para iniciar mecanismos de otimiza o de handover configura o de caminhos de roteamento de pacotes para a nova esta o base redirecionamento de pacotes da antiga para a nova esta o etc Este tipo de handover empregado em protocolos como o M amp M Multicast based Micro Mobility um protocolo baseado em multicast e no Celular IP no caso de semi soft handover 3 1 3 Tarefas do Handover Conforme mencionado acima o procedimento de handover pode ser dividido em duas fases e cada uma delas envolve algumas tarefas conforme descrito a seguir Detec o do handover e in cio Para iniciar um handover duas quest es devem ser consideradas 1 como identificar a necessidade de um handover e 2 quem inicia o handover Para tratar a primeira quest o em sistemas de comunica o sem fio e g redes celulares em geral feita uma frequente medi o das pot nci
24. resposta autom tica conforme especificac o 3GP 3GPP TS 23 979 Poc usen UEA RR ee PoC AS A POCAS B ms Core B ps Domain B PoC user UE B A participating amp participating controlling 1 Power On 1 Power On l 2 PS Attach 2 PS Attach AHHH 3 Establish PDP context 3 Establish PDP context 4 Perform IMS Registration I 4 Perform IMS Registration Initiate PoC 6 INVITE Session 7 Evaluation of Initial Filter Criteria 10 INVITE gt 11 Evaluation of Initial Filter Criteria 12 INVITE 13a AUTO A 13b INVITE 2 14a AUTO ANSWER 15a AUTO A 16a 200 OK 14b QoS authorization pat 17a Talk burst confirm SBLP l ES e a ss SS J l 18a QoS authorization H15b INVITE SBLP SS SS e I Paging a A A O Ho Canada Em LY pet 19a 200 OK l 15b INVITE 20a ACK 23a ACK a 16b 200 OK 24a Buffering of media packets 20b 200 OK en PEA Media 22a Establish appropriate POP context for media 4 18b 200 OK for media 19b 200 OK po E 26 Receiving talk burst gt 29 ACK 30 ACK gt 32 Media 34 Talk burst control and transfer of Media Figura A 1 Sinaliza o da Sess o PoC sob demanda com resposta autom tica PoC user UE A PS Domain A
25. tabela 5 1 Tabela 5 1 Requisitos de QoE para o OMA PoC OMA06 QoE OMA PoC Requisitos do OMA PoC QoE1 Right to speak RTS tempo de resposta durante o estabelecimento da sess o PoC A dura o entre os tempos de inicio da sess o PoC determinado pelo recebimento de um SIP INVITE pelo assinante e o momento em que ele recebe uma indica o right to speak DEVERIA tipicamente ser menor do que 2 0 segundos no caso do servigo PoC enviar uma indicag o right to speak por antecipa o e do assinante destino estar configurado no modo de resposta autom tico Se o assinante destino estiver configurado no modo de resposta manual ent o o assinante POC DEVERIA tipicamente receber a indica o right to speak em menos de 1 6 segundos depois que o assinante destino manualmente aceita o convite para a sess o PoC Q0E 2 Start to Speak StS gt tempo de resposta ap s o estabelecimento da sess o PoC Quando um participante PoC faz uma solicita o para conversar numa sess o PoC e sua chamada n o sta enfileirada o StS DEVERIA ser menor do 1 6 segundos QoE3 Atraso no canal fim a fim O tempo de atraso da voz dura o entre o momento em que a voz falada pelo participante origem at o momento em que escutada pelo participante destino DEVERIA ser de at 1 6 segundos durante uma sess o PoC Para o primeiro talk burst no in cio da sess o PoC o atraso de voz DEVERIA alcan
26. tarifa o MANO6 e no handover baseado em pol ticas de utiliza o W AN99 Diversos elementos que comp e o objeto desta pesquisa foram determinados na fase de desenvolvimento os crit rios de handover os par metros relevantes na rede IMS para garantir a qualidade do servi o a defini o do servi o PoC onde os par metros seriam investigados as ferramentas de teste selecionadas e correspondente sele o dos cen rios apropriados a aplica o do usu rio final que suportasse a funcionalidade de continuidade de servi o as fun es custo adequadas para obten o dos resultados finais Os elementos que afetam a qualidade de servi o durante a realiza o do handover vertical em redes heterog neas foram descritos neste cap tulo e os resultados observados s o discutido no cap tulo 5 Cap tulo 5 Resultados 60 Os requisitos atuais para QoE no PoC est o descritos na tabela 5 1 OMA06 A otimizag o dos recursos da rede requer testes fim a fim e deve considerar o tr fego de outros tipos de aplicag o que sobre a rede em estudo Os par metros utilizados nesta pesquisa se restrigem ativa o do servi o PoC numa rede controlada e num ambiente simulado em laborat rio A experi ncia do usu rio final tem alta depend ncia das funcionalidades existentes no terminal como buffer de jitter NACC DTM etc Essas propriedades do dispositivo podem beneficiar o QoE dos servi os do IMS conforme descrito na
27. tr s n veis e Aplica es e servi os e Controle de sinaliza o baseado em SS7 e Acesso e transporte de voz por comuta o de circuitos Isto acontece atrav s do emprego de diversas arquiteturas de migra o A figura 2 2 mostra o primeiro est gio dessa transi o direcionado para economia de custos e expans o da rede da rede de circuitos comutados para a NGN VOIP Este est gio esta em progresso desde aproximadamente 2001 3GP07 12 Aplica o Multim dia Servi os amp Aplica es Solu es Verticais Economia e expans o Migra o direcionada direcionam a migra o ao mercado multim dia do CS para a NGN VOIP Figura 2 2 Primeira fase da migra o para NGN VOIP Nesta estrat gia o VOIP tem conectividade com as camadas de controle de sinaliza o e de servi os bem como com as aplica es na rede em opera o Por m as portadoras agora est o desenvolvendo novas aplica es com acesso IP Estas aplica es multim dia s o aplicadas verticalmente sobre a rede IP Assim cada aplica o tem sua fun o espec fica de controle e est associada com os recursos de cada fun o espec fica Este modelo se torna mais complexo medida que novos servi os s o adicionados Atividades como upgrade e manuten o se tornam extremamente caras e causam grande impacto nos servi os operacionais Em decorr ncia disso o segundo est gio da transi o para o IMS tem por final
28. tradicionais e os procedimentos de handover vertical embasamento Al m disso est o apresentadas as diversas solu es existentes para realiza o de handover vertical estado da arte A se o de desenvolvimento detalha os m todos utilizados na obten o dos dados utilizados na simula o bem como descreve os m dulos do simulador e justifica o emprego da aplica o de usu rio selecionada Outro item relevante nesta discuss o a sele o das ferramentas utilizadas para implementa o deste trabalho bem como a sele o dos crit rios definidos para utiliza o na simula o Adicionalmente o quinto cap tulo apresenta os resultados obtidos as possibilidades de trabalhos futuros e discute as conclus es observadas durante a pesquisa Na se o final deste documento encontram se as refer ncias bibliogr ficas e os ap ndices 10 Cap tulo 2 Evoluc o das Redes de Telecomunicac es O protocolo SIP foi considerado a escolha natural de integra o com o mundo IP devido sua evolu o e sua flexibilidade Este protocolo foi selecionado pela 3GPP Third Generation Partnership Project como o principal componente do IMS para o core da rede UMTS O 3GPP surgiu para evoluir as especifica es do GSM para a terceira gera o do sistema de telefonia celular e o 3GPP2 foi criado com o ituito de evoluir as redes celulares Norte Americanas e Asi ticas baseadas nos padr es ANSI TIA EIA 41 com acesso radio CDMA2000 para o s
29. 3 1 Aplicac es e Dispositivos de Modo Duplo Os dispositivos de PoC s o adaptados para conversa o em half duplex e tamb m s o capazes de operar nos dois dominios CS e IMS A habilita o desta opera o realizada atrav s da instala o de um cliente de software que permite op es de configura o VCC para roteamento e para handover A figura 4 5 exibe as poss veis configura es desta aplica o g E En E lc Profile 1 3 Preferences i 4 Prefer Login Enable Routing Preferences Yes b lc Login Login VoIP Access Points Es Routing Enable Handover VoIP Data Bearer Handover ys MO Prefer wan GSM Voicemail VoIP In Offline oo options Back Options Back options Back Figura 4 4 Configura o CiceroPhone v2 7 7_b3 Um dos par metros configur veis no dispositivo do cliente a posibilidade de habilitar o handover Se este par metro estiver configurado como Yes o handover WiFi GSM acontecer quando a pot ncia do sinal WiFi estiver abaixo do limite configurado Essa solu o v lida somente para Voz e n o para outros servi os dispon veis As vers es iniciais de plataforma e de softwares de dispositivos m veis n o tinham maturidade suficiente para uma implementa o comercial e se comportaram bem apenas nos cen rios b sicos de chamadas A integra o e os testes do servi o VCC nos ambientes m veis traz muitos problemas alguns dos quais cr ticos que requerem um gra
30. 6 enquanto MAJ02 emprega a l gica fuzzy para resolver este problema No caso de MAJ02 um algoritmo adapt vel baseado na l gica fuzzy adapta a m dia e a histerese dos valores de entrada estimados da velocidade do aparelho m vel e do tr fego da WLAN Este algoritmo diminui o atraso e o n mero de handoffs desnecess rios causados na t cnica RSS de acordo com a velocidade m dia do dispositivo m vel Uma vez que o tr fego na WLAN tamb m considerado o autor defende que os requisitos das redes heterog neas ser o melhor atendidos atrav s aplica o desta t cnica Outros artigos referentes s solu es para handover em redes utilizando a arquitetura IMS s o discutidos na pr xima se o 3 1 7 Evolu o do Handover Vertical no IMS Na literatura muitas propostas s o encontradas no que se refere ao handover como j discutido na se o 3 1 Handover Suave Na arquitetura da converg ncia fixo m vel dado que a padroniza o para o handover vertical tem previs o de ser finalizado na vers o 8 do IMS INTO6 o mercado vem utilizando formas de contornar as limita es detectadas durante a implanta o dos servi os convergentes 40 O objetivo destes m todos encontrar as configura es apropriadas as interfaces e os procedimentos existentes no ambiente padronizado nas redes as quais o IMS j se encontra em uso Al m disso se conservado o objetivo de manter estas arquiteturas operacionais no futuro anteve
31. AN ICSI Lista de Abreviaturas IP Multimedia Subsystem Voice Call Continuity Call Session Control Function Proxy Call Session Control Function Server Call Session Control Function Interrogation Call Session Control Function IP Multimedia Service Switching Function interfaces with the CAMEL Service Development Studio Push to Talk 3 Generation Partnership Project Fixed Mobile Convergence Wireless Local Area Network General Packet Radio Service Universal Mobile Telecommunications System Packet Data Protocol IMS Controlled with Static Anchoring Mobile Switching Center Circuit Switched Call Continuity Control Function Quality of Service User Equipment Session Initiation Protocol Packet Switched PTT over Cellular Mean Opinion Score Bit Error Rate IP Connectivity Access Network IMS Communication Services Identifiers xi IARI IMS Application Reference Identifiers OMA Open Mobile Alliance IMPU Public User Identity IMPI Private User Identity xii Resumo A migra o para sistemas convergentes constru dos sobre a arquitetura IMS deve atender aos requisitos de disponibilidade de servigos e de mobilidade em tecnologias heterog neas Essa transig o acontece atrav s do emprego das normas previstas no 3GPP para o IMS UP Multimedia Subsystem Uma das preocupa es desta arquitetura a garantia da continuidade do servigo durante o handover vertical A solug o de mobilidade no IMS deve prover s operador
32. CLAUDIA AREZIO RICARDO OTIMIZACAO DO PROCESSO DE DECISAO NO HANDOVER VERTICAL EM REDES BASEADAS NO SUBSISTEMA MULTIM DIA IP IMS Disserta o apresentada ao Programa de P s Gradua o em Inform tica Aplicada da Pontif cia Universidade Cat lica do Paran como requisito parcial para obten o do t tulo de Mestre em Inform tica Aplicada CURITIBA 2009 CLAUDIA AREZIO RICARDO OTIMIZACAO DO PROCESSO DE DECISAO NO HANDOVER VERTICAL EM REDES BASEADAS NO SUBSISTEMA MULTIM DIA IP IMS Disserta o apresentada ao Programa de P s Gradua o em Inform tica Aplicada da Pontif cia Universidade Cat lica do Paran como requisito parcial para obten o do t tulo de Mestre em Inform tica Aplicada rea de Concentrac o Redes de Computadores e de Telecomunica es Orientador Prof Dr Mauro S rgio Pereira Fonseca CURITIBA 2009 RICARDO Claudia Arezio Otimizag o do Processo de Decis o no Handover Vertical em Redes baseadas no Subsistema Multimidia IP IMS Curitiba 2009 94 p Dissertag o Pontif cia Universidade Cat lica do Paran Programa de P s Graduag o em Inform tica Aplicada 1 IP Multimedia Subsystem 2 Recursos de rede 3 Continuidade de servi o 4 Handover vertical I Pontificia Universidade Cat lica do Paran Centro de Ci ncias Exatas e de Tecnologia Programa de P s Graduag o em Inform tica Aplicada II t TERMO DE APROVACAO DA BANCA Dedico esta dis
33. CSCF no dom nio de rede destino ou como um S CSCF num dom nio de rede externo como um ponto de entrada para o todos os pacotes SIP daquele dom nio Ele pode ainda ser utilizado para proteger do mundo externo os par metros internos de rede encriptando partes das mensagens SIP m todo conhecido por THIG 22 As tr s caracter sticas mais cr ticas do CSCF s o o throughput o n mero de sess es por segundo que ele pode suportar escalabilidade e lat ncia Baixa lat ncia muito importante porque afeta diretamente a experi ncia do usu rio final uma vez que o CSCF tem muitas responsabilidades estabelecimento de sess es verifica o com o servidor de autentica o acesso ao servidor de assinante por perfil de usu rio entre outros Todas essas fun es precisam ser realizadas muito rapidamente e independentemente da natureza do dispositivo de acesso ou o usu rio ter uma p ssima impress o do servi o Antes que as operadoras implantem a funcionalidade de CSCF como parte de seu core IMS necess rio determinar como ser o disponibilizados os servi os previamente existentes para os assinantes que ser o servidos pelo CSCF Uma op o seria replicar toda a rede o que obviamente torna esta op o invi vel financeira e logisticamente para qualquer operadora A segunda op o adicionar SIP em todos os servidores de aplica o novamente uma op o potencialmente custosa e fora da realidade A op o menos arrisca
34. Descric o Plataforma VCC Servi o baseado em MM AS que atua como um servidor de aplica es na rede IMS A aplicag o VCC gerencia chamadas dos assinantes VCC executando as opera es de handover sempre que solicitado Cliente VCC Aplica o instalada no dispositivo de modo duplo Dual Mode Handset Sua principal fun o medir a pot ncia dos sinais WiFi e GSM realizando o handover quando o limiar ultrapassado Dispositivo de modo Dispositivos de modo duplo s o v lidos para as redes GSM e IMS Exemplo duplo Nokia E65 Symbian e Hpi514 W Mobile 6 0 A figura 4 3 apresenta o diagrama f sico em baixo n vel do laborat rio em quest o no dom nio IMS TSP_OM 10210028 PTT MRF CSCF HSS TSP OM 2102103207 TSP_Sig 210150007 MRFP_2 101506427 MREP 3 101509627 TRAFFIC VIPS O amp M VIPS P CSCF 10 15 1 129 VCCIAS 10 21 0 17 s cscr 10 15 1 130 ECSCF 10 151 131 CSCFHSS 10 21 0 18 Hss 10 15 1 132 PTTMRF 10 21 0 19 vec 10 15 1 133 MRFC 10 15 1134 PTT 10 15 1 135 RADIUS HSS 10 15 1 137 m 101041 mem Figura 4 3 Diagrama f sico do laborat rio para testes do VCC 51 Al m da plataforma VCC outro elemento relevante na an lise de desempenho do servi o PoC o dispositivo e a aplica o de Modo Duplo ou Dual Mode Handset detalhado no sub item 4 3 1 4
35. F IM Mn MGW Allows control of user plane resources H 248 Mp MRFC MRFP Used to exchange messages between MRFC and MRFP H 248 83 Mr S CSCF MRFC Used to exchange messages between S CSCF and MRFC SIP P CSCF I CSCF Mw S CSCF Used to exchange messages between CSCFs SIP P CSCF I CSCF S CSCF BGCF Sara E Rf MRFC MGCF Used to exchange offline charging information with CCF Diameter AS Ro AS MRFC Used to exchange online charging information with ECF Diameter Sh SIP AS OSA Used to exchange information between SIP AS OSA SCS Diametei SCS HSS and HSS Si IM SSF HSS Used to exchange information between IM SSF and HSS MAP Sr MRFC AS Used by MRFC to fetch documents scripts and other HTTP resources from an AS UE AS SIP AS Ut OSA SCS IM Enables UE to manage information related to his services HTTP s SSF
36. Future Convergent Networks GET INT France 2006 CAM06 CAMARILLO G GARCIA MARTIN M 3G IP Multimedia Subsystem IMS Wiley 2nd edition February 10 2006 COM08 COMB G Contributors Wireshark Network Protocol Analyzer Version 1 0 0 http www wireshark org about html Maio 2008 22h SAHO7 SAHIN Y Contributors POC End user QoE Impacts IMS PDU Niv Novembro 2007 3GP03 3GPP TR 22 934 Feasibility study on 3GPP system to Wireless Local Area Network WLAN interworking 2003 9 3GP05 3GPP TS 23 228 IP Multimedia Subsystem IMS Version 6 10 0 Release 6 2005 3GP06 3GPP TS 23 206 Voice Call Continuity VCC between Circuit Switched CS and IP Multimedia Subsystem IMS Release 7 Stage 2 2006 OMA06 3GPP TR 23 979 3GPP enablers for Open Mobile Alliance OMA Push to talk over Cellular PoC services Stage 2 Release 6 2005 06 78 3GP07 3GPP TS 23 279 v7 6 0 Combining Circuit Switched CS and IP Multimedia Subsystem IMS services Stage 2 Mago 2007 3GP08 3GPP TS 24 206 Voice Call Continuity between the Circuit Switched CS domain and the IP Multimedia IP Core Network CN subsystem Stage 3 Release 7 2008 3GP23 3GPP TS 23 060 General Packet Radio Service GPRS Service description Stage 2 2008 79 Ap ndice A Sinalizac o PoC Exemplo da sinaliza o PoC para sess es sob demanda com ou sem
37. IMS para o servi o PTT Push to Talk O PTT ou ainda PoC Push To Talk Over Cellular um servi o de telecomunica o utilizado em telefonia m vel Sua comunica o half duplex ou seja caracterizada por transmitir em apenas uma dire o de cada vez Com isso o servi o permite aos usu rios de celular uma conex o r pida com um ou v rios assinantes Neste servi o uma pessoa pode falar num determinado momento e todos os participantes ouvirem o discurso O servi o PoC similar ao walkie talkie onde o assinante aperta um bot o para falar com um outro usu rio ou um grupo Os convidados recebem a voz do originador sem ou com uma a o por exemplo simplesmente ouvindo o interlocutor ou recebendo uma notifica o do originador que dever ser aceita para que o di logo se inicie Os resultados obtidos a partir deste estudo contribuem para a melhoria do handover suave entre as redes fixas e m veis presentes nessa arquitetura e para a consequente melhoria na presta o do servi o PTT sobre IMS para o usu rio final Existem m dulos de simula o dispon veis atrav s da ferramenta SDS Service Development Studio conforme discutido no cap tulo 4 Os par metros considerados para an lise se limitam aos atributos controlados pelo handset requisitos do servi o pot ncia do sinal qualidade do link e prefer ncias do usu rio al m dos que podem ser definidos pela operadora atrav s da configura o recomendadadas por o
38. P gt Todos os servi os podem rodar no mesmo gt Cada servi o tem um PDP prim rio por contexto PDP prim rio APN gt Todos os servi os podem ser alcan ados gt Diversos contextos PDP prim rios precisam atrav s de um APN ser ativados Nesta estrat gia um assinante s pode ser associado a um endere o IP por APN Isso significa que para APN de servi o espec fico o terminal precisa suportar m ltiplos endere os IP Os par metros para otimizar o uso dos recursos de rede s o dependentes da disponibilidade de servi o Um bom dimensionamento de rede e planejamento de escalabilide deveriam ser suficientes para prevenir problemas de disponibilidade No entanto ter um conjunto apropriado de par metros para cada tipo de servi o dispon vel na rede efetiva a converg ncia de rede e de acesso como esperado nos cen rios do IMS A tabela 5 5 mostra que sem o emprego da otimiza o de par metros no caso da aplica o PoC o KPII atraso do tom Inicial ap s selecionar op o para falar n o atende aos requisitos de qualidade definidos pelo OMA superando o tempo estabelecido como aceit vel pela padroniza o em 62 no acesso 2G e 40 no acesso 3G Isso representa um atraso de at 3 25s no recebimento do tom para in cio de conversa o tempo este que representa em implementa es reais o desligamento da chamada e consequente desperd cio na utiliza o dos recursos da rede 68 Tabela 5 5 Otimizag o de par metro
39. P MAKELA M MAHONEN P J Optimization scheme for mobile users performing vertical handoffs between IEEE 802 11 and GPRS EDGE networks Centre for Wireless Communications Oulu University 2001 NAG06 NAGAMUTA V Um Arcabou o para Composi o Teste e Simula o de Protocolos de Handover Suave IME USP Abril 2006 LINO1 LIN Y CHLAMTAC I Wireless and Mobile Network Architectures John Wiley amp Sons Inc 2001 75 LIG06 LIGHT READING REPORTS IMS Signaling Migrating Signaling to IMS http www lightreading com document asp doc_id 107179 amp page_number 4 December 2006 PER96 PERKINS C IP Mobility Support RFC 2002 Internet Engineering Task Force October 1996 ANY06 AN Y Y YAE B H LEE K W CHO Y Z JUNG W Y Reduction of Handover Latency Using MIH Services in MIPv6 Advanced Information Networking and Applications AINA 2006 20th International Conference on Volume 2 18 20 April 2006 Page s 229 234 YANO6 YANG O S CHOI S G CHOI J K PARK J S KIM H J A handover framework for seamless service support between wired and wireless networks Advanced Communication Technology 2006 ICACT 2006 The 8th International Conference Volume 3 20 22 Feb 2006 Page s 6 pp WRIO7 WRIGHT D J Maintaining QoS During Handover Among Multiple Wireless Access Technologies International Conference on Mobile Commerce Toronto July 2007
40. a fim de que a aquela possa conhecer os impactos na utilizag o dos seus recursos A discuss o sobre as limita es do IMS no que se refere ao handover vertical suave motivou o desenvolvimento desta disserta o a fim de obter uma parametriza o otimizada nos elementos da rede a fim de garantir a transpar ncia durante o handover vertical em redes sobre a arquitetura IMS 1 3 Proposta A realiza o desta pesquisa foi composta de 3 fases que consistem da concep o desenvolvimento e valida o A etapa de concep o foi subdividida em 3 fases o levantamento de ferramentas de implementa o de m dulos de handover o levantamento de ferramentas de simula o de rede e estudo da viabilidade de implementa o atrav s da simula o J na etapa de desenvolvimento outras tr s fases foram executadas a defini o de m tricas e dos crit rios de parametriza o e algoritmos de simula o a defini o e prepara o dos cen rios de teste em laborat rio e a obten o dos par metros de tomada de decis o para handover vertical sobre IMS A valida o dos resultados obtidos atrav s da simula o dos cen rios de teste foi desenvolvida em tr s fases adicionais a coleta de amostras os testes propostos e a obte o e an lise dos resultados 1 4 Contribui o O prop sito deste trabalho foi obter um conjunto de m tricas relevantes para direcionar a decis o de handover em redes heterog neas de acordo com os rec
41. a migra o gradual para o IMS Uma vez que o M2PA est pronto no core da rede de sinaliza o as portadoras podem introduzir o MTP3 para links com conectividade entre os STPs e os endpoints No lado direito da figura est o representados os STPs IP que prov m fun o de tradu o e aplica es No lado esquerdo s o exibidos os End points IP incluindo os dispositivos de pr xima gera o e 3G 17 M3UA SUA SS7oIP M2PA Edge SGW Outras Redes Msc Figura 2 6 Rede de sinaliza o completa para o SS7 Over IP 2 2 3 SIP Session Initiation Protocol O IMS utiliza o SIP como protocolo base de sinalizac o O SIP foi constru do sobre os padr es IETF e simplifica a integra o de multim dia no ambiente de telecomunica es Al m disso o SIP capaz de gerenciar uma sess o que pode incluir voz v deo e dados simultaneamente e independentemente No princ pio o SIP era um protocolo muito mais simples que o SS7 e o Sigtran desde que basicamente estava sobre UDP TCP ou SCTP que prov m o protocolo de transporte apropriado sobre a camada IP Isto simplifica drasticamente a integra o e a manuten o da parcela de sinaliza o da aplica o O SIP propriamente usa apenas 15 m todos para gerenciar uma sess o incluindo est gios b sicos como Invite ACK e Publish Sobre o SIP existem tr s aplica es gen ricas que efetivamente objetivam prop sitos espec ficos atrav s da cria o de personalidades e
42. a rede tamb m influenciam na escolha das t cnicas Em NAGO7 definido um m todo para permitir a sele o e composi o de t cnicas a partir dos requisitos de QoS da aplica o o perfil de mobilidade do usu rio e caracter sticas da rede para gerar protocolos de handover suave No trabalho citado Nagamuta desenvolve um framework para composi o teste e simula o de protocolos de handover suave atrav s do uso da ferramenta MobiCS Mobile Computing Simulator Esta tese cobre uma extensa gama de protocolos de handover e deixa espa o para discutir quest es de continuidade de servi o em redes heterog neas onde a arquitetura IMS se encaixa 3 1 5 IMS Foco na Continuidade do Servi o A interconex o do IMS com a PSTN Public Switched Telecommunication Network e com as redes m veis uma a fun o exercida pelo MGCF Media Gateway Control Function em conjunto com o MRFC Media Resource Function Controller O MRFC respons vel pelo processamento de m dia atrav s do MRFP Media Resource Function Processor Os procedimentos de continuidade de chamadas de voz entre o IMS no dom nio PS Packed Switched e o dom nio CS Circuit Switched est o definidos no IMS atrav s do VCC Voice Call Continuity 3GP06 O VCC pode ser implementado tanto num VCC AS VCC Application Server quanto ser integrado s fun es do CSCF O VCC suporta o handover suave bidirecional entre os dom nios IMS e CS Por se tratar de uma apl
43. ada completa realizada atrav s do servigo PoC entre o usu rio A e B Observa se a troca de sinaliza o SIP e de pacotes RTP existentes entre os UE s e os elementos AS SGSN GGSN presentes nas poss veis redes de acesso IMS CS Por raz es de melhorar a visualiza o do fluxo as mensagens informativas n o est o contempladas na figura Os 65 pontos de coleta de dados correspondem aos KPIs identificados no fluxo relacionados aos ndices descritos na tabela 5 2 Tais KPIs foram coletados dos traces obtidos nos casos de teste descritos na proposta a partir dos quais foi poss vel verificar os impactos da otimiza o dos par metros no handover vertical como descrito no pr ximo item 5 2 Impactos dos par metros no Handover Vertical Os fluxos de chamada descritos a seguir foram obtidos a partir dos testes propostos no cap tulo 4 a fim de obter um conjunto de par metros que pudessem maximizar o desempenho do handover entre as redes WiFi e CS quando uma sess o PoC estivesse em andamento na rede IMS Para efeitos de visualizac o as mensagens informativas foram suprimidas vcc S MGCF CSCF AS MGCF INVITE B INVITE B 4 D gt 2 gt B p gt Originating INVI Origink a INVITE B INVITE B em inating INVITE B hook IR 200 OK E es ee Figura 5 2 Dual Mode Handset para Dual Mode Handset Dom nio IMS D 3 v Neste cen rio o DMH est registrado simultaneamente nos dois
44. all Session Control Function CSCF Transi o do PSTN para o IMS 20 Figura 2 9 Tecnologias de transi o para o IMS errar 22 Figura 2 10 Arquitetura IMS 0 A E A 23 Figura 2 11 Arquitetura l gica do 3GPP IMS R7 errar 25 Figura 3 1 Handover WiFi para Celular A a 36 Figura 3 2 Modelos de dispositivos WiFi Dual Mode e 37 Figura 4 1 Perspectiva visual da rede na ferramenta SDS 45 Figura 4 2 Laborat rio de Teste VUE tii 50 Figura 4 3 Diagrama f sico do Laborat rio VCC errar 50 Figura 4 4 Configura o CiceroPhone v2 7 7 D5 vicio saseloese eed iavieeeticess 51 Figura 4 5 Elementos do Handover Vertical sessseeseeeesessesesseesresressetsresersseesesrrssresseseresreses 52 Figura 4 6 Fluxograma do processo de decis o eseeeseseesesseesresressetsresrerseesesressresseseresresee 58 Figura 5 1 Fluxo de sinaliza o de sess o PoC com potenciais trocas de canal 64 Figura 5 2 Dual Mode Handset para Dual Mode Handset Dominio IMS 65 Figura 5 3 Handover originado do IMS para o CS arena 66 Figura 5 4 Estado GMM do GPRS iii dde is 69 Figura 5 5 Frequ ncia de Handover para diferentes crit rios nono 70 viii Lista de Tabelas Tabela 3 1 Tipos e estrat gias de handover ooooonocccnnocccnoncccnonanononanononaconononcnnnancnnnc cnn nn nnancncnnnos 34
45. aparelhos que suportem as aplica SonyEricsson LG NEC Sharp etc Este fornecedor tamb m lidera e coopera na especifica o as APIs de servi o Java IMS JSR 281 e IMS Communications Enablers API JSR 325 ma JCP Java Community Process Fornecedores de aparelhos celulares que suportam o EMP Ericsson Mobile Platform Estes aparelhos s o usados em muitos aparelhos pelas maiores marcas como a Sharp no Jap o com o servi o da operadora Softbank que prov para os usu rios o sistema IMS m vel Com a padroniza o das APIs IMS bem como com a acelera o da implanta o do IMS muitos aparelhos suportar o as APIs IMS instalados de f brica Apesar de apresentar os m dulos adequados para emula o dos n s do IMS os m dulos para a realiza o do VCC e conseqiiente execu o do handover vertical n o se encontravam integrados ao simulador Tal integra o conforme estimativas do centro de desenvolvimento adicionaria meses de desenvolvimento de software n o previstos no calend rio desta pesquisa Por esta raz o optou se pela realiza o de testes e observa o de resultados em ambiente de laborat rio atrav s do qual foi poss vel dar continuidade ao objeto da pesquisa conforme descrito na pr xima se o 4 3 Laborat rio de integra o entre redes WLAN e 3GPP Os fluxos de chamada descritos a seguir deveriam ser implementados atrav s da simula o com o SDS Por m o m dulo VCC do simulador encontra se num est gio
46. ar no m ximo 4 segundos quando a indica o right to speak enviada por antecipa o QoF4 Qualidade de Voz A qualidade de voz numa sess o PoC DEVERIA estar entre os seguintes limites MOS gt 3 at BER lt 2 61 Os par metros descritos s o identificados nos fluxos de chamadas do servigo PoC como ser exibido na figura 5 1 e serviram como refer ncia para coleta dos dados e observac o dos resultados analisados nesta pesquisa Observa se que a priorizac o nas redes IP pode ser beneficiada quando a carga da rede aumenta Significa que em redes IP sobrecarregadas ainda pode ser poss vel rodar tr fego sem nenhuma degrada o significativa para os servi os em tempo real A mesma afirma o n o se aplica quando o objeto do teste inclui o handover vertical pois decorrem atrasos na reconex o do RTP durante a troca entre os acessos O desempenho das sess es PoC especialmente na qualidade de voz se degrada significativamente quando a aplica o exposta a segundos de atraso Se a mudan a de c lula ocorre durante o in cio da sess o ou se as transa es foram geradas em outra rede ou por outro usu rio o t rmino das transa es se extende por pelo menos durante toda a extens o do atraso menos que o usu rio termine a sess o Tamb m o roaming ou a ocorr ncia de troca de eventos entre canais afeta a experi ncia fim a fim numa sess o mais especificamente as transi es entre os modos
47. aracter stica de acesso m ltiplas aplica es deve continuar a ser amplamente explorada e o presente trabalho deixa espa o para aprofundamento e novas pesquisas nesta rea possibilitando uma refer ncia para pesquisas futuras que envolveam outros servi os dispon veis nas redes IMS uma vez que a identifica o e avalia o de m tricas relevantes para suportar a decis o de handover pode ser realizada em outros servi os dispon veis sobre o IMS a partir deste trabalho 74 Refer ncias Bibliogr ficas NAGO7 NAGAMUTA V Handover Suave em Redes M veis e sem fio http gsd ime usp br seminars 2004 seamless_handover pdf Dez 07 22 36 BAW06 BAW A IMS Service Mobility Beyond Voice Call Continuity TMCnet Spotlight August 2006 http www tmcnet com scripts print page aspx PagePrint http 3a 15 12 2007 INTO6 INTEROPERABILITY GROUP Best Practices Voice Call Handover Service Functional Specification Version 1 0 MI 1OG HO 2006 001 V1 0 September 21 2006 KIMOS KIM K KIM C K AND KIM T A Seamless Handover Mechanism for IEEE 802 16e Broadband Wireless Access In Springer Verlag editor Lecture Notes in Computer Science pages 527 534 2005 WANO7 WANDERLEY B L ECHENIQUE W D M Tutoriais Banda larga e VOIP VoIP e QoS An lise de Par metros de QoS para Chamadas Intercontinentais http www teleco com br tutoriais tutorialvoipqos pagina_1 asp Dez 07 23 40 YLIO1 YLIANTTILA M
48. as a possibilidade de disponibilizar recursos de rede associados s pol ticas de handover e de requisitos de servicos al m de usar apenas a pot ncia do sinal como base dessa decis o O prop sito deste trabalho obter um conjunto de m tricas relevantes que possam direcionar a decis o de handover em redes heterog neas onde ser necess rio considerar diferentes requisitos de servi os e tamb m a disponibilidade dos recursos da rede Palavras Chave Atributos IMS IP Multimedia Subsystem Recursos de rede Continuidade de voz e de servico xiii Abstract Transition to convergent systems built over the IMS architecture should attempt to service availability and mobility requirements in heterogeneous technologies This migration is already taking place while networks based on 3GPP standards for IMS IP Multimedia Subsystem are under construction One of the IMS solution main concerns is the service continuity on vertical handover Mobility solution on IMS should allow operators delivering network resources related to handoff policies beyond triggering only by power strength as usually done This paper purpose is to find a relevant set of metrics which can support vertical handover decision in networks based on IMS solutions for resources availability Keywords Attributes IMS IP Multimedia Subsystem network resources service and voice call continuity xiv Cap tulo 1 Introdu o O IMS UP Multimedia Subsystem
49. as de sinais pelo dispositivo m vel e pelas esta es base NAGO06 Essas medidas s o utilizadas para determinar a qualidade do sinal em um canal de comunica o sem fio como por exemplo Word Error Indicator WED Received Signal Strentgh Indication RSSD Quality Indicator QI Atrav s 33 dessas medi es poss vel determinar o momento para o inicio do handover e a esta o base candidata Devido aos diversos problemas de interfer ncia no sinal como obst culos f sicos edif cios torres montanhas que reduzem a potencia do sinal ou causam fen menos de reflex o ou difrag o al m da pr pria redug o de pot ncia do sinal devido ao distanciamento da esta o base a tomada de decis o para o handover requer uma medi o constante por um per odo de tempo suficiente a fim de evitar uma tomada de decis o imprecisa e causar a execucao de handovers desnecess rios Para a segunda quest o quem inicia O handover existem tr s abordagens propostas LINO1 Mobile Controlled Handover MCHO em que o dispositivo m vel monitora a qualidade do sinal da esta o base atual e das esta es base candidatas ao handover e decide o inicio do handover de acordo com algum crit rio Network Controlled Handover NCHO na qual a rede monitora a qualidade do sinal emitido por um computador m vel atrav s da coopera o entre as esta es base e toma a decis o para o in cio do handover e Mobile Handover MAHO que uma variante d
50. as nas especifica es do IMS A camada de aplica es composta pelos servidores de aplica es e servi os A camada de clientes consiste das aplica es que suportam IMS que se encontram nos dispositivos do usu rio final ig AL BE Camada de Controle Bs a CSCF A poe Camada de IP MPLS Conectividade q gt Camada de El b i Clientes y Figura 2 11 Arquitetura IMS CAMO06 2 3 2 Servidores de Aplicac o AS Esta a entidade SIP que mant m e executa servicos O IMS permite o reuso das fun es para a r pida cria o de servi os e de entrega M ltiplos servi os como servi os de voz e mensagens podem ser mantidas num nico AS Utilizar o mesmo AS para diversos servi os reduz a carga do CSCF na camada de controle Dependendo do servi o o AS pode funcionar como um SIP proxy um SIP User Agent ou um SIP B2BUA Ele pode ser 24 localizado na rede local ou na rede externa Se estiver localizado na rede local ele pode solicitar o HSS atrav s da interface Sh do protocolo DIAMETER para um SIP AS ou atrav s da interface MAP para o IM SSF O equipamento de usu rio um componente chave na rede IMS pois diferentes tipos de aplicac es dever o estar dispon sveis nos equipamentos m veis Um cliente uma aplica o que est em desenvolvimento para disponibilizar no dispositivo de us rio aplica es de gerenciamento de grupo juntamente com outras funcionalidades 2 3 3 HSS Home Subscriber Serv
51. aver diminui o de qualidade depois de ocorrida essa transi o Seamless services fornece continuidade de servi os transparente entre as tecnologias de acesso para os servi os e tecnologias definidos no cen rio 3 Perda de dados e a dura o da interrup o do servi o devem ser minimizados Access to 3GPP CS Services permite que os servigos fornecidos por entidades do 3GPP CSCN Circuit Switched Core Network estejam acess veis sobre a WLAN O ambiente de testes reproduz o modelo referente aos requisitos de estabelecimento de sess o do servigo PoC Push over Cellular uma vez que os m dulos de teste deste servico se encontram dispon veis no laborat rio de VCC Voice Call Continuity localizado na PDU Product Development Unit conforme representado em alto n vel na figura 4 2 o que permite identificar as necessidades do servi o PoC sobre a rede IMS durante o handover vertical 50 PoC AS Dominio CS Dominio IMS VoIP Figura 4 2 Laboratorio de testes da solug o VCC O laborat rio VCC apresenta os elementos necess rios para realizac o de testes e obtenc o de resultados para an lise dos par metros que impactam o processo de decis o no handover vertical nas redes IMS quando o servi o PoC est em uso Os principais componentes da solug o VCC Voice Call Continuity dispon veis atualmente est o descritos na tabela 4 3 Tabela 4 3 Componentes do VCC M dulo VCC
52. bter um conjunto de m tricas relevantes para a realiza o do handover vertical sem deixar de considerar a disponibilidade de recursos da rede em associa o com outros atributos A figura 1 1 apresenta algumas dessas m tricas BA W06 utilizadas como refer ncia nesta pesquisa Handset Ponto de Acesso Sess o Operadora Provedores de Servi o Qos Seguran a Controle de admiss o Condi o da rede prevalecente Pol ticas especificadas pelas operadoras Localiza o do usu rio Requisitos do servi o Pot ncia do sinal Qualidade do Link Prefer ncias do usu rio Figura 1 1 M tricas sugeridas para suportar a decis o do handover vertical BAW06 O objeto de estudo desta disserta o a an lise e obten o de um conjunto de m tricas relevantes para direcionar a decis o de handover em redes heterog neas onde necess rio considerar diferentes requisitos de servi os e tamb m a disponibilidade dos recursos da rede A partir destas m tricas ser poss vel identificar as influ ncias sobre a qualidade do fluxo de dados transmitidos da rede para elementos m veis como por exemplo o n mero de pacotes perdidos atraso variac o de atraso entre outros Como resultado da reprodu o em laborat rio dos cen rios de handover vertical foi poss vel otimizar um conjunto de m tricas para determinag o do handover vertical conforme os recursos dispon veis nas redes baseadas em
53. ce e UMTS Universal Mobile Telecommunication System LINO1 assim como para redes locais sem fio Wireless LANs WLANs LIG06 Apesar da grande diversidade de tecnologias de acesso sem fio s o muitos os esfor os a fim de possibilitar suavidade durante a movimenta o de usu rios m veis atrav s de distintas redes e tecnologias sem fio Em YANO6 Yang et al propuseram um servi o de informa o para auxiliar na execu o do handover entre tecnologias heterog neas de rede sem fio provendo desde informa es gerais da rede e de pontos de acesso nas proximidades bem como informa es espec ficas da camada de enlace que s o teis para identificar as caracter sticas da rede sem fio e informa es sobre os protocolos nas camadas superiores Em particular esse servi o trata da complexidade do controle e monitoramento do handover sobre distintas tecnologias de rede evitando que estes sejam tratados por protocolos na camada de rede e superiores Prover mobilidade transparente tamb m uma quest o abordada na camada de transporte onde foram propostas algumas extens es para o TCP e melhorias para suporte mobilidade de usu rios Na camada de rede especialmente no protocolo IP a solu o mais conhecida para dar suporte mobilidade o Mobile IP O Mobile IP uma extens o do protocolo IP que herda todas as suas caracter sticas de flexibilidade escalabilidade e robustez Em sua vers o b sica no entanto o protocolo n
54. cilmente com outros servi os da Internet O SIP pode ent o ser considerado uma ferramenta que os fornecedores de servi os podem utilizar para construir servi os convergentes de voz e de multim dia O protocolo SIP n o possui nenhum mecanismo para descrever o conte do e suas caracter sticas Para isso o SIP utiliza o protocolo SDP Session Description Protocol para tratar a informa o de sess o O SDP descreve a m dia a ser utilizada codecs o modo da chamada etc descreve tamb m o destino da m dia IP e n mero de porta o nome da sess o e seu prop sito o n mero de vezes que a sess o foi ativada e as informa es de contato O m todo SIP INVITE utilizado para criar sess es que transportam descritores da sess o o que permite que os participantes possam negociar um conjunto compat vel de tipos de m dia O SIP foi projetado para solucionar apenas uma pequena quantidade de problemas e para trabalhar com uma gama de protocolos IP Para exercer essa fun o o SIP possui quaro fun es b sicas e Estabelecimento de localiza o do usu rio e Negocia o de aplica es para que todos os participantes de uma sess o possam concordar quais aplica es s o suportadas entre eles e Fornece gerenciamento de chamadas atrav s da adi ao desligamento ou transfer ncia de participantes 27 2 5 Conclus o Essa vis o geral da evolug o dos sistemas de telefonia tradicionais em direg o ao IMS deixa claro o i
55. cisam aproveitar os benef cios do transporte IP enquanto mant m servi os baseados em SS7 Isto leva ao Sigtran 15 2 2 2 SIGTRAN O Sigtran um conjunto de protocolos capaz de encapsular a sinaliza o SS7 e transport la sobre IP Sua estrutura b sica est representada na figura 2 4 e pode ser observada como o padr o quadriculado em diagonal Os blocos SS7 que o Sigtran transporta est o representados no padr o quadriculado vertical EE A EBEE panes be ts PO O ed paco ag os pessoa asas one ass aa ES SS DA Ta fesse cn pc Bess NHE MIE EN Pesos POS PE Figura 2 4 Protocolo SIGTRAN Trabalhando sobre o protocolo da camada de transporte IP o Sigtran atende aos seguintes protocolos SCTP Stream Control Transmission Protocol Protocolo de transporte confi vel operando sobre uma rede de pacotes sem conex o como IP desenvolvido para eliminar as defici ncias do TCP M2PA MTP2 User Peer to Peer Adaptation Layer protocolo MTP3 protocolo de transporte de mensagens no SS7 com MTP2 outro protocolo de transporte de mensagens do SS7 equivalente a servigos sobre IP usando servicos do SCTP E utilizado tipicamente na infraestrutura entre os elementos da rede e a camada de controle como entre os STP Session Transfer Point M3UA MTP3 User Adaptation Layer Projetado para gateways de sinaliza o que habilitam interconex o suave entre os dominios IP e SS7 Este protocolo supor
56. da o uso de tecnologias de transi o de media o de servi o para prover uma ponte entre a rede SIP IMS a rede SS7 PSTN e a rede m vel 2G Essa ponte permitir aos terminais SIP o acesso aos servi os da rede legada PSTN 2G e tamb m permitir aos terminais PSTN 2G o acesso a alguns servi os IMS Home Network Outras redes IPAMS Visited Network MGW Figura 2 10 Tecnologias de transig o para o IMS A figura 2 10 demonstra uma ponte de transi o entre a rede PSTN e o IMS A nuvem do IMS cont m uma parcela das fungdes do IMS que proporciona a habilidade de conduzir 23 uma sess o do IMS para uma chamada baseada na PSTN O CSCF encaminha os dados associados com a sess o do Media Gateway Control Function MGCF Nesse ponto o caminho para sinaliza o e m dia se separa e o MGCF prov a informa o de sinaliza o sobre o Sigtran para um gateway de sinaliza o que o traduz para SS7 e o disp e na PSTN Em paralelo com a transfer ncia da informa o de sinaliza o o MGCF prov controle de m dia e a atualiza o de dados no IMS Media Gateway MGW que envia a m dia sobre TDM para a PSTN A arquitetura IMS ainda pode ser dividia nas seguintes se es Infraestrutura Aplica es e Clientes conforme ilustra a figura 2 11 A infraestrutura composta pelos componentes do n cleo da rede como provedores de servi os contendo as fun es de controle de chamadas e de sess es basead
57. de Internet e de m dia A ind stria de aplica es tem atua o marcante nos dispositivos do padr o IMS sobre as UNIs User Network Interfaces por meio de aplica es como o SDS Para o usu rio final a experi ncia rica em multim dia criada atrav s da combina o de m dia ou conte do com as aplica es dos usu rios e com as facilidades CoSe Assim a maior parte das aplica es que suportam o IMS configurada nos dispositivos do IMS aparelhos m veis servidores e sites de servi o A padroniza o do IMS atualmente suporta dois mecanismos O JCP Java Community Process tamb m padronizado no modo de APIs dispositivo cliente como o JSR 281 UMS Services APIs e as APIs do CoSe UMS Communication Enablers JSR 325 4 2 1 Aplica es dispon veis no SDS As aplica es dispon veis no SDS est o padronizadas com o 3GPP e o TISPAN e tratam se de m dulos de servi o S o eles e O MMTel que otimizado para entrega fim a fim de m dia em tempo real entre dois usu rios conectados com controle de m dia duplex em tempo real e com os padr es de servi os suplementares definidos e O PoC que baseado no Push to Talk over Cellular PoC uma aplica o padronizada pelo OMA Open Mobile Alliance O principal objetivo o controle de comunica o em grupo contendo m dia transmitida no modo half duplex e controle de fluxo para m dia cont nua Cada parte est conectada a um grupo central que gerencia o grup
58. de e minimizar atrasos e perdas de pacotes para o elemento m vel No conceito de continuidade de servico definido pelo 3GPP uma vez que o usu rio est conectado a um determinado servi o e precisa mudar o tipo de acesso essa mudan a pode at ser percebida pelo usu rio contanto que n o haja necessidade de restabelecer os servi os ex voz instant messaging servi os baseados em presen a etc Devido aos diferentes requisitos de acesso rede pode existir uma mudan a na qualidade oferecida depois da transi o entre as tecnologias de acesso Tal considera o deve ser tratada na operadora que precisa controlar n o somente a pot ncia do sinal recebido mas tamb m ter em conta os problemas relacionados disponibilidade de recursos da rede como balanceamento de tr fego e banda dispon vel al m de limites de QoS para o disparo dos eventos de mobilidade O dispositivo m vel n o tem visibilidade de todas as caracter sticas da rede al m da pot ncia do sinal recebido o que impossibilita decis es apropriadas de handover baseadas nos atributos relacionados aos recursos dispon veis na rede A solu o de mobilidade no IMS deveria oferecer s operadoras a possibilidade de disponibilizar recursos de rede associados s pol ticas de handover indo muito al m de proceder com essa decis o medindo apenas a pot ncia do sinal O desenvolvimento desta disserta o vem de encontro com este interesse uma vez que tem por objetivo o
59. de qualidade e disponibilidade exigidos pelos servi os associados s redes IMS As t cnicas atuais atendem especificamente s necessidades de velocidade no handoff necess rias nas redes m veis que utilizam tecnologia de r dio e baseiam se apenas na capacidade do dispositivo de identificar e decidir o modo de acesso mais pr ximo As caracter sticas de qualidade para continuidade de voz e de servi os em redes baseadas em IMS ser atendida quando houverem estrat gias suficientemente adequadas para minimizar os efeitos decorrentes da transi o entre os meios de acesso durante a mobilidade 42 considerando a integra o com o universo multim dia possibilidato pelas tecnologias NGN Os cap tulos subsequentes discutem os efeitos dos par metros de rede sobre handover vertical numa rede integrada via IMS quando o servigo PoC Push to Talk over Cellular est sendo utilizado Tal cen rio foi reproduzido em laborat rio atrav s do qual foi poss vel obter um conjunto de par metros otimizados para realizar a an lise resultante nesta pesquisa 43 Cap tulo 4 Desenvolvimento Para o desenvolvimento desta dissertac o foi necess rio delimitar quais servicos cen rios e m tricas que seriam considerados durante a simulag o do handover a fim de obter um conjunto de atributos adequado para atender s necessidades de cada um dos cen rios propostos Al m da definig o de quais servigos e m tricas seriam utilizados foi necess
60. de servi os com rede IMS inicialmente ter um pequeno n mero de assinantes assim que essa base crescer as redes IMS precisam ser suficientemente escal veis para atender mais assinantes O SIP tamb m um protocolo muito flex vel e extensamente padronizado o que prov s redes IMS 25 a capacidade de se adaptar e modificar protcolos de sinalizac o dinamicamente conforme as necessidades de mercado Outra justificativa para o emprego do protocolo SIP que ele prov mecanismos de seguran a adequados tanto para elementos internos quanto para elementos externos da rede O suporte aos esquemas de provisionamento de servigos numa arquitetura como essa certamente gera aplicac es complexas que podem vir a causar uma carga muito alta de sinalizacao SIP na rede As operadoras devem se preparar previamente para absorver o este impacto que pode ser causado no desempenho da rede As interfaces da arquitetura l gica do IMS definidas pelo 3GPP R7 exibido na figura 2 12 3GP05 Applications ns and Services IP multimedia networks signalling _ bearer 0 B lu ps Tub Radio Access IM MGW PSTN Mb legacy networks IP v4 or IP v IP v6 External packet networks data networks Internet Intranet Figura 2 12 Arquitetura l gica do 3GPP IMS R7 Uma explica o sobre os protocolos utilizados nessa arquiteura bem como as interfaces internas s o discutidos nas pr ximas se
61. de um acesso candidato diferente do acesso atual hvyon adiciona custo extra Assim c In N se HO vertical yo n escaleras 4 5 Onde n N mero de trocas de sinaliza o solicitadas no handover vertical 4 8 4 Procedimento de Handover O LBF Load Balancing Factor adicionado a fim de distribuir o tr fego sobre os diferentes acessos de forma que o total de recursos dos acessos sobrepostos possa ser utilizado eficientemente MANO6 Assim fica definido a fun o custo de carga Load Cost Funcion LCF UACF LBF hypo 4 6 58 Outro aspecto considerado o efeito da distribui o de sess es na carga total da rede A distribui o de sess es a capacidade de alocar as tecnologias de acesso mais apropriadas para cada aplica o ativa de um usu rio Dessa forma poss vel garantir a efici ncia nos uso dos recursos da rede Os passos seguidos no processo de decis o para execu o do handover vertical do servi o de voz na aplica o PoC s o descritos em quatro etapas conforme exibido na figura 4 6 1 Cria o dos Acessos Candidatos Sele o do acesso RSS gt Limite RSS lt Limite 2 Classifica o dos Acessos Candidatos LCF 3 LCF lt Limite de Custo Existente Inexistente Realiza handover para o acesso com o ltimo LCF 4 Sele o da Aplica o Aplica o ativa com mais prioridade Sem apl
62. dispositivo em redes com cobertura celular ou WiFi Alguns telefones que suportam este tipo de opera o necessitam de interven o manual para selecionar o modo de acesso enquanto outros realizam esta opera o automaticamente conforme a pot ncia do sinal detectado Para obter o handover suave o aparelho precisa n o apenas suportar as duas formas de conex o como tamb m realizar a sele o autom tica do modo de acesso dispon vel AGAO7 J existem no mercado aparelhos que quando est o conectados no espectro n o licenciado WiFi suporta funcionalidades VOIP SIP sobre WLAN Quando est conectado rede celular suporta tanto conex es GSM GPRS quanto CDMA 38 Os desafios que afetam a interag o do aparelho com a infraestrutura convergente est o relacionados ao modo de conex o com as diferentes redes e autentica o nas mesmas Existem duas formas de operag o onde o telefone multimodo atua a Dual Attach DA o aparelho opera simultaneamente nas duas conex es que permanecem ativas e funcionando continuamente O telefone determina qual acesso e quando deve ser utilizado b Single Attach AS o dispositivo configurado para decidir qual acesso utilizar e quando Neste modo apenas um acesso est ativo e dispon vel por vez No modo Single Attach o usu rio tem o mesmo identificador nos dois espectros wireless e celular mas o perfil do usu rio existe em apenas uma rede No modo Dual Attach o perfil do usu rio pr
63. do UE bem como as pol ticas de acesso e de controle de admiss o Os estados potenciais de mobilidade que geram a transi o entre o estado Ready e Standby durante a sess o PoC resultando no procedimento de paging e a periodicidade das atualiza es de localiza o na rede 69 GPRS or Cancel Location Implicit Detach or Cancel Location READY timer expiry or READY timer expiry or PDU transmission PDU ti Force to E Force to STANDBY Estados MM do modelo MS or Abnormal RLC condition STANDBY Estados MM do modelo SGSN Figura 5 4 Estados do Gerenciamento de Mobilidade do GPRS Quando o assinante B est no estado STANDBY quando convidado para uma sess o PoC o atraso para sua entrada no estado READY pode variar entre aproximadamente 0 6s at 2 2s Quando o UE sai do estado READY para STANDBY durante a sess o PoC este atraso pode chegar a 8s Por se tratar do atraso no ap s a realiza o da chamada o VCC assume que o terminal respons vel por implementar um mecanismo que minize os impactos do segundo caso O emprego das caracter sticas espec ficas da aplica o melhora o fator de utiliza o de recursos melhora do delay na mudan a de estados GMM e aproveitamento largura de banda dsipon vel no caso do PoC A figura 5 5 mostra a frequ ncia da taxa de handover para diferentes crit rios de handover A taxa de handover vertical a propor o de handovers verticais pel
64. dover quando o handover executado entre esta es base em redes de dominios administrativos distintos 2 De acordo com o tipo de c lula tecnologia de rede sem fio e handover horizontal quando o handover ocorre entre c lulas pontos de acesso do mesmo tipo em termos de cobertura velocidade de transmiss o mobilidade Exemplo UMTS para UMTS WLAN para WLAN e handover vertical quando o handover ocorre entre c lulas pontos de acesso de tipos diferentes Exemplo UMTS para WLAN 1 De acordo com o tamanho da c lula pode ser classificado em e upward handover quando a migra o ocorre de uma c lula pequena para uma c lula grande e downward handover quando a migra o ocorre de uma c lula grande para uma c lula pequena 2 De acordo com o escopo a camada em que mobilidade tratada e Na camada de enlace 32 1 hard handover o dispositivo m vel perde a conex o repentinamente com a antiga esta o base e inicia o handover na nova esta o base Exemplo redes baseadas em TDMA Time Division Multiple Access 2 soft handover quando o computador m vel tem a capacidade de se conectar a mais de uma estag o base Exemplo redes baseadas em CDMA Code Division Multiple Access e Na camada de rede 3 handover reativo este tipo de handover ocorre quando o computador m vel pode se comunicar com apenas uma esta o base de cada vez ou quando existem reas de sombra interfer ncia na cobertura dos sinais de
65. e a Fase 2 o principal foco dos protocolos de mobilidade que atuam na camada de rede protocolos de mobilidade baseados em IP LINO1 Uma vez que essas fases s o independentes e ocorrem em diferentes n veis n o h necessariamente uma sincroniza o quanto seqii ncia de execu o das tarefas nessas duas fases Por um lado a Fase 2 pode ocorrer em conseqii ncia da Fase 1 no caso em que o dispositivo m vel perde subitamente a conex o com o ponto de acesso e inicia o handover na camada de rede quando j est 31 conectado com o novo ponto de acesso na camada de enlace Por outro lado a Fase 2 pode iniciar antes mesmo da Fase 1 quando o dispositivo m vel ou o ponto de acesso ou ambos possuem alguma forma para prever um candidato a um novo ponto de acesso e podem dessa forma preparar antecipadamente a rede e agilizar o procedimento da Fase 2 Nas pr ximas se es segue uma breve classifica o dos tipos de handoff uma descrig o das tarefas envolvidas nesse procedimento e uma discuss o sobre o significado de suavidade 3 1 2 Tipos de Handover Um handover pode ser classificado de acordo com v rios fatores conforme citado abaixo 1 De acordo com a distancia do ponto de vista da rede entre esta es bases segundo Liu et al LIU96 e micro handover in LAN handover quando o handover ocorre entre esta es base em uma rede em um mesmo dominio administrativo ou subrede e macro handover cross LAN han
66. e tais situa es de conflito podem ser minimizados Acesso Core Rede de Servi os Figura 4 5 Elementos de rede envolvidos no handover vertical CS para IMS O grupo de interoperabilidade para servi os de handover de voz INTO6 especifica os n veis de QoS esperados nas redes 3GPP Existem quatro diferentes classes de tr fego QoS listados nessa especifica o da maior para a menor prioridade Conversational Streaming Interactive e Background Enquanto as classes Conversational e Streaming est o principalmente direcionadas ao uso de fluxos de tr fego em tempo real as classes Interactive e de Background est o relacionadas ao uso das aplica es tradicionais de Internet como Email Telnet FTP etc 53 As aplica es em tempo real se beneficiam do uso da classe Streaming para as por es de m dia al m de outros fatores que tamb m precisam ser considerados numa rede IMS est sendo implantada O 3GPP TR 23 979 KIMOS determina contextos PDP Packet Data Protocol com op es de uso para qualquer servi o com o objetivo de melhorar a utilizag o dos recursos nas duas redes Um simples contexto PDP utilizado tanto para sinalizac o quanto para tr fego de m dia Um contexto PDP de tr fego de m dia separado solicitado mas a sinalizag o IMS pode compartilhar um contexto PDP gen rico com outro tr fego GPRS Um contexto PDP exclusivo solicitado para tr fego de sinalizac o IMS mas o tr fego de
67. e um elemento simulado que definem como eventos internos ser o gerados durante a simula o e Modelo de simula o define quais s o os par metros dos elementos simulados que definem seu comportamento e como os eventos internos como envio de mensagens e migra es s o gerados a partir desses par metros e Eventos internos quaisquer eventos que um elemento simulado pode gerar sem a interfer ncia de outro como enviar mensagens ou migrar Caso um elemento n o gere nenhum evento interno ele ser um elemento passivo na simula o que apenas executa alguma a o quando recebe uma mensagem de outro elemento No MobiCs toda a simula o deve criar objetos que representam os elemento simulados desde esta es m veis at canais de comunica o Por exemplo um modelo de simula o para canais de simula o define o atraso associado ao envio de uma mensagem dada O MobiCs traz uma arquitetura de software flex vel com transpar ncia de simula o para protocolos bem como um modelo de programa o de protocolos simples O uso do modo de simula o determin stico no teste de valida o de protocolos considerado flex vel por ser aplic vel a qualquer classe de protocolo Al m disso n o exige a especifica o formal do mesmo tornando se til na depura o dos protocolos de handover No entanto a necessidade de testes exaustivos exige o uso de ferramentas de gera o de casos de teste 45 Apesar de apresentar os m d
68. ecisa ser vis vel tanto na rede wireless quanto na rede de celulares apesar de utilizar o mesmo DN Directory Number Dependendo se o DN est na rede VoIP ou na rede celular as chamadas entrantes ser o recebidas numa rede e redirecionadas para a outra conforme as prefer ncias do usu rio ou do estado da conex o da rede onde est o telefone Outras propostas para decis o de handover s o encontradas na literatura Em GRE06 diversas otimiza es s o desenvolvidas a fim de melhorar o processo de decis o de handover atrav s do desenvolvimento de uma fung o custo que qualifica um ambiente caracterizado por varios usu rios conduzindo m ltiplas sess es ativas atrav s de uma variedade de redes sem fio Tal trabalho obteve como resultado um algoritmo para apoio a decis o do handover vertical multiservigos MuseVDA capaz de realizar um processo de eliminag o de redes reduzindo assim o atraso e o processamento no c lculo do handover vertical Outros cen rios mais complexos n o foram considerados incluindo tratamento de normaliza o por fatores de Qos e sele o por peso Tradicionalmente a decis o de handover baseada no RSS Relative Signal Strenght detectado na regi o de borda de duas c lulas Entretanto alguns tipos de redes wireless podem ter m tricas de pot ncia de sinal incompar veis entre si por exemplo WLAN e UMTS Al m disso redes WLAN e UMTS podem cobrir simultaneamente a mesma rea Em FLOO7 Zhu e McNa
69. el informa es detalhadas das condi es do acesso aos servi os UMTS A contribui o desta a habilidade de negociar de gerenciar sess es em tempo real onde o IMS s atua como intermedi rio de conex o A evolu o deste modelo ajuda a solucionar o problema da distribui o de endere os IP e da transposi o de cargas de alto tr fego na rede m vel No entanto apresenta limita es no que se refere ao roteamento transparente de dados e ao provisionamento de QoS nos dados originados da WLAN Outra estrat gia para garantir a continuidade de servi o em redes heterog neas prop e garantir que o dispositivo m vel esteja sempre conectado atrav s da melhor tecnologia de acesso dados par metros como disponibilidade da tecnologia em determinada localiza o e o consumo de servi os GRE06 Este trabalho utilizou o Mobile IP na camada de acesso da 41 arquitetura UMA Unlicensed Mobile Access para propor um servico de continuidade entre acessos nos cen rios de interconex o previstos Este trabalho foi desenvolvido na Universidade de Helsinque estruturado sobre uma plataforma de testes real e deixa pendentes quest es relacionadas continuidade de servi os na arquitetura IMS Uma proposta para otimizar a arquitetura do handover vertical apresentada em FLOO7 Este artigo prop e a integra o da arquitetura MIH Media Independent Handover IEEE 802 21 com a plataforma IMS a fim de obter melhorias nos mecanismos de en
70. ema A transi o entre os estados de espera desconex o e resele o gera impactos sobre a lat ncia da rede A tabela 5 2 apresenta o conjunto de par metros e respectivas configura es que minimizam este impacto conforme resultados obtidos nos testes de laborat rio Tabela 5 2 Par metros UTRAN e respectivas otimiza espara melhorar a QoE nas sess es PoC SAHO7 Par metro Descric o Faixa e Valores Padronizados e Coment rios Espec ficos para PoC downswitchTimer Per odo em que o throughput deve ser 0 100 s baixo para iniciar o downswitch Default 1 s SedownswitchTimer O nenhum downswitches sera realizado independente do throughput do usu rio downswitchThreshold Limite de tempo para troca entre canal 0 32 kbps dedicado e canal comum Default O inactivity Timer Tempo para envio da solicita o de 1 1440 s ReleaseRequest do CN para o UE no Default 120 s estado CELL_FACH dIRIcBufUpswitch Limite de downlink para troca de canal 0 2000 bytes comum para canal dedicado para um Default 500 bytes nico RAB Radio Access Bearer ulRicBufUpswitch Limite de uplink para troca entre canal 8 16 32 64 128 256 512 1024 comum e canal dedicado 2048 3072 4096 6144 8192 bytes Default 256 bytes Foi observado que para garantir um melhor desempenho do PoC alcan ado quando o par metro downswitchTimer est configurado num valor maior do que o Defa
71. entos No modo estoc stico o MobiCS executa uma simula o exaustiva 44 nos protocolos distribu dos com o objetivo de avaliar o desempenho do protocolo em um cen rio aleat rio e mais real stico Com esse modo de simula o poss vel tamb m observar o comportamento do protocolo em cen rios maiores e exaustivos cuja descrig o impratic vel atrav s de scripts determin sticos O MobiCS se baseia em tr s tipos de abstra es para a especifica o de modelos de simula o gerador de eventos atraso de comunica o e mobilidade Um gerador de eventos indica como os eventos s o gerados durante uma simula o O atraso de comunica o especifica o comportamento dos canais de comunica o como uma fun o do tempo de envio de uma mensagem pelo canal A mobilidade define abstra es sobre a localiza o e movimenta o de computadores m veis A diferen a b sica da simula o determin stica para a estoc stica a forma como o cen rio de simula o descrito Enquanto na simula o determin stica o usu rio descreve em um script um cen rio bem espec fico e determin stico na estoc stica o usu rio dever descrever os padr es de comportamento de todos os elementos de rede m quinas fixas e m veis e canais de comunica o Esses padr es de comportamento s o chamados de modelos de simula o para os quais foram definidos os seguintes termos e Par metros de simula o conjunto de par metros de entrada d
72. er O HSS cont m toda a base de dados para informa es relacionadas ao usu rio Cont m todas as informa es relacionadas inscri o de dados de usu rio solicitados para manipular a sess o de multim dia Esses dados incluem perfil de usu rio informa o de localiza o informa o de seguran a que inclui informa es de autentica o e autoriza o Uma rede IMS pode conter mais de um HSS neste caso a rede necessita de um SLF Subscriber Location Function uma base de dados simples que mapeia os endere os de usu rios para o HSS 2 4 Arquitetura L gica do IMS O IMS uma rede de m dia sobre IP e usa o SIP Session Initiation Protocol que originalmente foi padronizado pela IETF como protocolo base do IMS O 3GPP escolheu o SIP como seu protocolo base devido ao fato de que os protocolos de sinaliza o tradicionalmente empregados nas telecomunica es falharam em requisitos b sicos do IMS Uma vez que o SIP um protocolo de Internet ele suporta converg ncia e potencialmente atende a todas as necessidades da arquitetura IMS Por exemplo o SIP pode sinalizar atrav s de diferentes entidades de rede incluindo servidores e endpoints No IMS cada servidor de rede tem sua pr pria fun o o que contrasta com as redes tradicionais onde um escrit rio central de comuta o faz tudo incluindo controle de chamadas e de servi os Al m disso o SIP utiliza alguns mecanismos de extens o da Internet Um provedor
73. formativa como SUBSCRIBE NOTIFY Mesmo que o estado TB talk burst se torne inativo as mensagens NOTIFY poder o ser enviadas para rede o que mant m o UE no estado CELL DCH e O tipo da sess o caso confirmada ou n o e Tempo de resposta do UE B para uma chamada entrante RNC 1 FACH or IDLE gt DCH TCP setup or SIP INVITE 3 Channel downswitch 4 Channel upswitch 5 E AAA Right to speak indication A Se Re lt lesnncanccnaraccanenananes SIP ACK Speech PEENE EPEAN RTP Talk Burst E ES Es RTP Talk Burst sp RTP Talk Burst ______ plo PTT button released 7 Channel upswitch SGSN GGSN IMS AS SIP 100 Trying SIP 180 Ringing SIP 200 OK RNC TCP setup or SIP INVITE 3 Channel downswitch 4 Channel upswitch FACH or IDLE gt DCH 2 SIP 180 Ringing 3 lego UE B The call accepted SIP 200 OK E ao TBCP Talk Burst Taken o es Doo Db SIP ACK A __ RTP Talk Bu RTP Talk Burst Speech Sly MAE ys TNS phe E E E a os RTP Talk Burst PAS a eae A Ds gt 555 552 Ss TBCP Talk Burst Idle Sm mm Das ie TBCP Talk Burst Idle om cm em em mm te SD a a a ere Channel downswitch 5 PTT button pressed Channel upswitch 6 RTP Talk Burst Figura 5 1 Fluxo de sinaliza o de sess o PoC com potenciais trocas de canal Este fluxo de chamada corresponde ao teste definido na proposta e exibe uma cham
74. g entre o VCC AS e usu rio remoto O handover de chamadas de voz entre os diferentes dom nios de rede iniciado pelo UE Dual Mode ao realizar uma chamada de handover para o dom nio de rede destino que encaminhado para o VCC AS A figura 3 1 representa o handover de uma chamada estabelecia WiFi para rede celular Figura 3 1 Handover WiFi para Celular 37 Uma vez recebida uma solicita o de handover o VCC AS derruba a chamada corrente entre o UE e o VCC AS e a substitui pela chamada de handover de forma que o UE se conecta agora atrav s da call leg de handover e o VCC AS com o usu rio remoto Um dos pressupostos da aplica o do VCC que os dispositivos m veis sejam capazes de operar tanto na rede VoIP quanto na rede m vel 3GP06 Para tanto est o dispon veis dispositivos multimodo capazes de exercer a fun o de decidir se o procedimento de handover deve ou n o ser iniciado conforme discutido na pr xima sess o 3 1 6 Decis o de Handover nos Dispositivos Multimodo Para suportar o handoff vertical um terminal m vel precisa ter uma placa dual mode que permita executar atividades tanto na WLAN quanto na freqii ncia UMTS suas bandas e esquemas de modula o A figura 3 2 representa alguns modelos de terminais que convivem no ambiente convergente Figura 3 2 Modelos de dispositivos WiFi Dual Mode Os telefones dual mode baseados em SIP permitem flexibilidade de uso do mesmo
75. ia es ativas Handover para acesso com o menor Finaliza todas as LCF por sess o sess es conforme prioridade Finaliza as outras No sess es F Figure 4 6 Fluxograma do processo de decis o do handover vertical 1 Cria o dos acessos candidatos i Escolher um acesso onde RSS est acima do limite pr definido 2 Classifica o dos acessos candidatos pelo LCF 59 3 Se existe algum LCF lt Limite de Custo i A melhor escolha aquela com o ltimo LCF 4 Se n o existe algum LCF lt Limite de Custo i Se 9 uma aplica o ativa Prioridade Ent o a Escolha o acesso com menor LCF por sess o com Prioridade b Finalize todas as outras sess es li Sen o a Finalize todas as sess es MANO6 ainda avalia o desempenho da fun o custo quanto ao impacto da aplica o na decis o de handover onde avaliado um fator de utiliza o do recurso um fator de satisfa o a taxa de handover bloqueados e a taxa de handover vertical concluindo que a distribui o de sess es nesse cen rio pode alcan ar at 40 do aproveitamento no fator de utiliza o de recursos 4 9 Conclus o Outras abordagens de otimiza o de recursos durante o handover vertical aqui referenciadas MANO6 WAN99 desconsideram os requisitos de qualidade fim a fim da aplica o para alcan ar a converg ncia em redes heterog neas ainda que tragam contribui es nos crit rios de faturamento ou
76. ica o no dom nio do IMS os assinantes utilizam os servi os dispon veis em qualquer uma das redes sem depend ncia do tipo do acesso realizado Essa a estrat gia do 36 IMS para alcan ar o handover suave em sess es de voz e m dia para diversos terminais m veis Atrav s desta arquitetura um terminal de usu rio conectado ao VCC AS consegue se comutar atrav s de diferentes tipos de rede como CDMA GSM UMTS PSTN banda larga fixa WiFi e WiMAX e pode ser implementada pelas portadoras fixas e m veis Os componentes b sicos e as fun es do VCC determinam que 3GP06 Os dom nios de rede CS e PS devem prover os mesmos servicos para o usu rio usando uma nica identidade DN Directory Number Um usu rio Dual Mode UE que pode se anexar ou se registrar e receber servi os no dom nio CS ou PS dependendo a disponibilidade da rede e das prefer ncias do usu rio Quando o registro permitido simultaneamente nos dois dominios de rede este conhecido como Dual Registration Mode Quando o registro permitido em somente um dom nio de rede por vez conhecido como Single Registration Mode Um servidor de aplica es VCC opera no ambiente de rede e utiliza a sinaliza o SIP Chamadas de voz s o roteadas atrav s do VCC AS que controla cada call leg cada chamada completada pela uni o de duas call legs Uma call leg entre o UE eo VCC AS Outra call le
77. idade promover a economia na libera o de novas funcionalidades e no controle operacional atrav s da redu o de elementos de rede para atualiza o e controle como representado na figura 2 3 13 Aplica o Multim dia Controle de Sinaliza o Controle de Sess o IMS Comuta o de Voz CS Figura 2 3 Segundo est gio da transi o para o IMS Neste est gio duas camadas gen ricas horizontais servi os IMS e controle de sess o IMS s o adicionados para completar a arquitetura IMS Esta camada reutiliz vel para entrega de aplica es multim dia substitui as solu es para controle de aplica es espec ficas Por ser baseado nos padr es 3GPP a camada de controle de sess o do IMS multi provedor por natureza e permite s operadoras maior flexibilidade ao adicionar novos servidores de aplica o Este modelo atende as portadoras com mais escalabilidade e solu es economicamente vi veis do que no modelo de distribui o vertical exibido na figura 2 2 na primeira fase da migra o das redes para o NGN VOIP 14 2 2 Protocolos NGN IMS S o 3 os protocolos chave que est o envolvidos na sinaliza o do NGN IMS SS7 Sigtran e SIP Nas pr ximas se es apresentada uma descri o mais detalhada destes protocolos 2 2 1 Pilha de protocolos SS7 O SS7 uma pilha de protocolos de sinaliza o cuja tecnologia est completamente inserida no mundo das redes
78. ionado para o usu rio final Camada de Controle esta camada cont m os servidores de controle de rede capazes de gerenciar as chamadas ou o in cio das sess es as modifica es e as atualiza es Os servidores de controle podem ainda manipular fun es como gerenciamento da mobilidade serguran a tarifa o e interconex o com redes externas Camada de conectividade nesta camada est o presentes os roteadores switches e outros n s que transportam os dados de usu rio Os roteadores e switches prov m 19 funcionalidades de transporte tanto para a camada de controle quanto para a camada de tr fego de usu rios O conceito de arquitetura em camadas tamb m define uma arquitetura horizontal onde as fun es de rede comuns podem ser reutilizadas para m ltiplas aplica es Essa arquitetura horizontal no IMS tamb m especifica a interoperabilidade e o roaming bem como prov controle de propriedade de seguran a e de tarifa o conforme ilustra a figura 2 8 Figura 2 8 Camada de controle possibilita a arquitetura horizontal A figura 2 8 apresenta uma vis o geral da camada de controle da arquitetura IMS destacando os elementos de rede essenciais para prover servi os multim dia em tempo real O IMS n o depende do dom nio de comuta o de circuitos uma vez que confia no dom nio de comuta o de pacotes para ger ncia de transporte e mobilidade local O CSCF Call State Control Functions e o HSS Home Subscriber
79. ir defendem o uso de uma base de dados de pol ticas contendo informa es sobre as m tricas que possam indicar se um handover ou n o necess rio S o elas 1 Tipo de Servi o Tipos de servi os distintos requerem combina es de m tricas como confiabilidade lat ncia e taxa de dados utilizada 39 11 Custo Financeiro Redes distintas podem empregar tarifas diferentes conforme os servi os oferecidos o que pode afetar a decis o do usu rio sobre executar o handover 111 Condi es da Rede Par metros como tr fego banda dispon vel lat ncia de rede congestionamento perda de pacotes devem ser considerados a fim de garantir o uso efetivo dos recursos da rede iv Desempenho do sistema Caracter sticas do canal de propaga o path loss interfer ncia entre canais SNR Signal to Noise Ratio e BER Bit Error Rate Neste item ainda considerado consumo de energia do dispositivo v Condi es do terminal m vel Padr o de velocidade hist rico de movimenta o e informa o de localiza o vi Prefer ncias do usu rio Prefer ncias exclusivas negociadas entre o assinante e a operadora A decis o sobre como e quando comutar para qual interface de rede deve considerar alguma m trica ou um conjunto de m tricas como as que foram mencionadas Existem artigos na literatura que estudam o desempenho do handover vertical entre redes Celulares e WLANs de acordo com o limite RSS Receive Signal Strenght ZAHO
80. istema de terceira gera o Tanto o 3GPP e 3GPP2 t m suas pr prias defini es de IMS tanto arquitetura quanto servi os b sicos e no entanto s o bastante similares entre si Uma semelhan a importante entre o IMS definido pelo 3GPP e o IMS definido pelo 3GPP2 que ambos utilizam os protocolos de Internet tradicionalmente padronizados pelo IETF Internet Engineergin Task Force tamb m o IETF que define os padr es para o protocolo SIP O OMA Open Mobile Alliance tem a fun o de definir os servi os que ser o disponibilizados sobre o IMS Enquanto o 3GPP e o 3GPP2 padronizam alguns dos servi os como chamadas b sicas de v deo ou confer ncia o foco do OMA a padroniza o de habilitadores de servi os sobre a rede IMS outros organimos de padroniza o podem desenvolver este tipo de atividade para o IMS CAMO6 O subsistema multim dia IP IMS atualmente um dos temas mais freq entes no mercado de telecomunica es O desafio de realizar a migra o global para as redes de pr xima gera o baseadas em IP s o fortemente suportadas pelo IMS natural que esta transi o para o IMS traga consigo diversos questionamentos e Quais as vantagens da arquitetura em termos de servi os e infraestrutura 11 e Como conviver com a sinaliza o legada enquanto as solu es NGN est o em processo de implanta o e Como prover a continuidade de servi o atrav s dos diferentes acessos s redes existentes e Como
81. lator OMA SIMPLE IM v1 standard Combinational Services CSI CS call with any IP PS application GSMA video image share WeShare games and so on Enhanced Voice over IP VoIP peer to peer for Windows PCs 2K XP Vista and SEMC P1 mobiles 3GPP TISPAN VoIP compliance in SDS roadmap IMS Core network emulator P I S CSCF BGCF HSS DNS and ENUM Support for Mobile Fixed Broadband and WLAN access Os servigos de comunicag o sobre o IMS CoSe habilitam o suporte de rede para aplica es de mercado globalmente interoper vies atrav s de um conjunto bem definido de facilidades que incluem o manuseio de m dia princ pios de roteamento e de servi os suplementares Estas funcionalidades b sicas s o identicamente distribu das em todas as redes IMS e dispositivos que t m seu desempenho melhorado pela massifica o de sua aplica o Consequentemente o CoSe a funda o para interoperabilidade global As funcionalidades CoSe s o expostas como APIs para a comunidade de desenvolvimento tanto os desenvolvedores de dispositivos quanto para os de servidores de aplica es A rede IP atua como um tunelamento interoper vel e padronizado para os servi os de multim dia As aplica es podem ser conectadas atrav s de APIs tanto nos dispositivos 47 quanto nos servidores Esta uma maneira de estabelecer acordos de interconex o entre as operadoras e de conectar as ind strias
82. lipseME 1 7 9 JavaME Midlet com SUN SEMC e Nokia WTKS Modelos para desenvolvimento de aplica es cliente servidor Modelos para testes com Test Agents ATF Automated Test Framework e VTF Visual Traffic Flow ICP IMS Client Platform APIs Pre JSR 281 325 Symbian v9 1 UIQ 3 0 dispositivo SEMC PI Windows PC s 2000 XP Vista 32 bit Enterprise Edition ICP IMS Client Platform C Symbian v9 2 S60 3rd Edition FP1 phone N95 Windows PC s XP Vista 32 bit Enterprise Edition ICP Media Support Audio and Video Recorder Player IMS JME Client Utility JCU and IMS Proxy Server IPS emulator JavaME feature phones complying with CLDC 1 1 MIDP2 0 and MSA 248 Device client creation packaging test and deployment support environment and commercial target servers Server application JavaEE SIP using Glassfish SailFin as SDS default application server creation packaging test and SIP HTTP using SDS internal JSR116 compliant SIP Container deployment support JavaEE SIP as trial execution SailFin 1 0 Alpha Oracle WLSS 3 1 JSR116 Oracle WLSS 4 0 JSR 289 SUN GlassFish Communication Server SGCS 1 5 JSR 289 IMS Core and Communication Services CoSe IMS Core services Registration Authentication and so on Presence and Group Management PGM emulator OMA Presence and XDM v1 standards Push to Talk PTT AS emulator OMA PoC v1 standard IMS Messaging IMS M emu
83. m vel FMC o usu rio deve ter a habilidade para se conectar tanto atrav s do acesso dispon vel na rede de telefonia fixa quanto atrav s dos pontos de acesso m veis recebendo em ambos os mesmos servi os e utilizando uma identidade nica Nas redes atuais o nico elemento da rede respons vel por realizar essa escolha de conex o o equipamento do usu rio O equipamento do usu rio UE User Equipment tipicamente um dispositivo Dual Mode ex Mobile CS e SIP PS sobre WIFI que poderia ser operado em qualquer um dos dois dom nios dependendo da disponibilidade da rede e de suas prefer ncias Este tipo de dispositivo pode se registrar na rede e originar chamadas de voz al m de conseguir receber chamadas em qualquer dom nio Tamb m esperado que o Dual Mode UE possa prover o deslocamento convergente sendo capaz de perceber continuamente a disponibilidade de recursos em todos os dom nios de rede fixa e m vel Outra fun o do UE estar continuamente preparado para operar em ambos os dom nios respeitando suas prefer ncias pr configuradas ex preferir SIP PS ou sempre dar prefer ncia ao uso da rede celular para chamadas emergenciais Adicionalmente o UE Dual Mode ser respons vel por realizar o handover suave da chamada de voz entre os dois dom nios de rede de forma que a chamada em andamento possa prosseguir mesmo que o dominio de rede atual fique indispon vel durante o progresso da chamada Neste sentido o
84. m vel seja completamente transparente o que significa que qualquer efeito da mobilidade n o ser percebido nas camadas superiores de aplica es e usu rios Portanto os protocolos de handover devem ser r pidos causar baixa carga de sinais e eficientes para evitar ou minimizar atrasos e perdas dos dados transmitidos No IMS a estrat gia de mobilidade definida no VCC requer que o dispositivo m vel seja respons vel pela tomada de decis o dos eventos de mobilidade Dessa forma o dispositivo m vel tem a fun o de monitorar continuamente a pot ncia dos sinais recebidos no dom nio de rede m vel Quando a pot ncia do sinal recebido alcan a ou excede os limites pr configurados no dispositivo que favore a um acesso a uma rede em particular o dispositivo m vel decide iniciar um evento de mobilidade na dire o daquele ponto de acesso Apesar de ter sido a estrat gia adotada nas redes m veis atuais como no GSM por exemplo devido s vantagens em termos da velocidade na execu o do handover trata se de um mecanismo insuficiente para implementa es em grande escala nas redes heterog neas baseadas em IMS O impacto na rede da operadora em termos de consumo de recursos precisa ser considerado prevendo o crescimento da quantidade de sess es de usu rios eventos de mobilidade e consumo de banda Al m disso a rede precisa controlar os eventos de transfer ncia de dom nio ao inv s de ser controlado no dispositivo m vel
85. nas redes de 73 telecomunica es de forma que conhecer os requisitos de qualidade dos servi os dispon veis na rede em n veis mais detalhados se torna uma necessidade O gerenciamento da mobilidade contempla os mecanismos necess rios para permitir que terminais wireless possam se mover enquanto continuam conectados na rede Isto inclui manter um registro dos terminais inoperantes e executar handovers transparentes de terminais ativos para O acesso mais apropriado A transi o para as redes 3G B3G e para a comunica o m vel de 4 Gera o justificou a moderniza o os m todos tradicionais para RRM Radio Resource Management e MM Mobility Management N o s os sistemas de r dio ser o beneficiados dessa evolu o mas tamb m a arquitetura baseada em IP O uso do WCDMA no sistema 3G europeu exige o emprego de um complexo esquema para realizar o handover Uma nova tecnologia de acesso poderia permitir o desenvolvimento de esquemas de handover de alto desempenho sem a necessidade de implementar a complexidade do handover suave do sistema 36 Diversos estudos relacionados mobilidade entre sistemas est o em andamento n o s no que se refere converg ncia de redes m veis e redes IP como tamb m entre as tecnologias de r dio previamente existentes e sua posterior integra o com o mundo IP em dire o ao LTE Long Term Evolution Fica claro que o assunto referente continuidade de servi o nas redes IMS dada a sua c
86. nde esfor o para estabilizar o sistema A fim de observar os efeitos do handover vertical sobre o servi o PoC bem como seu impacto durante a execu o do handover entre os dom nios tamb m necess rio discutir os contextos de continuidade de servi o conforme descrito no pr ximo sub item 52 4 4 Contextos de Continuidade de Servico Atingir qualidade de servi o fim a fim numa rede depende de assegurar largura de banda fim a fim Nas redes m veis o gargalo na maioria das vezes est no acesso sem fio ou interface a ra como observado na figura 4 4 Considerando a limita o dos recursos de radio e tamb m a exist ncia de dispositivos de usu rios solicitando os mesmos recursos para suas aplica es existe a necessidade de priorizar essas solicita es ao alocar os recursos da rede A disponibiliza o do servi o PoC sobre o IMS envolve diversos elementos de rede conforme exibido na figura 4 5 que ainda representa a transi o de um assinante do dom nio de acesso via Radio a partir de um ponto de acesso Wi Fi para o dom nio de servi os IMS ou propriamente o handover de servi os entre dom nios distintos handover vertical Neste cen rio poss vel identificar distintas necessidades das redes de dados que poderiam disputar os recursos dispon veis na rede Atrav s do emprego dos contextos de continuidade de servi o onde atributos de qualidade fim a fim s o definidos pelo 3GPP TS 23 107 INTO6 os efeitos d
87. ndo a implementa o definitiva do IMS e suas possibilidades de evolu o A proposta existente no mercado dividir as arquiteturas de handover em tr s fases a primeira fase baseada nos padr es existentes e operacionais A segunda fase aplicando os padr es existentes e ainda n o implantados e a terceira fase procurando antecipar os padr es Assim Fase 1 arquitetura de handover de voz baseada na fase 1 do VCC AS que opera na vers o 4 do IMS Fase 2 arquitetura de handover de voz baseada no VCC AS implementado como um servidor de aplica es no IMS que operado dentro do IMS inicial 3GPP R5 R6 como uma op o de transi o para o IMS R7 Fase 3 arquitetura de handover de voz baseada no VCC R7 como esta sendo desenvolvido pelas organiza es que definem os padr es 3G SDO Standards Development Organizations A primeira fase se refere vers o 4 do IMS porque em meados de 2006 muitas operadoras da rede m vel estavam em processo de implanta o dos sistemas em conformidade com essa vers o A fase 3 esta em processo de padroniza o pelos 3G SDOs 3GPP R7 VCC 3GP06 Diversos trabalhos s o encontrados na literatura a fim de minimizar o impacto dessa transi o Kumudu e Jumalipour KUM06 propuseram uma arquitetura para interconex o de WLANs e da rede m vel de 3ra Gera o 3G Trata se da introdu o de um elemento de ger ncia de mobilidade na arquitetura IMS na tentativa de dispor para o dispositivo m v
88. no do computador m vel nova esta o base A fim de melhorar esse procedimento e prover o handover suave 34 essa tarefa de atualiza o pode ser executada antecipadamente quando h uma identifica o pr via de uma ou mais esta es base candidatas Alguns protocolos utilizam informa es da camada de enlace para possibilitar a identifica o dessas esta es base candidatas Controle otimiza o do fluxo de pacotes a fim de reduzir atrasos varia o do atraso jitter e minimizar a perda de pacotes e duplica es diversos mecanismos t m sido empregados como por exemplo buffering para o armazenamento de pacotes nas esta es base forwarding points para o redirecionamento de pacotes para a nova esta o base replica o do fluxo de pacotes por exemplo multicast para varias esta es base simultaneamente intercala o dos fluxos de pacotes entre outros A execu o dessas tarefas depende das caracter sticas da rede dos protocolos de mobilidade empregados assim como dos requisitos das aplica es Protocolos de handover empregam diferentes t cnicas estrat gias para executar essas tarefas e o objetivo comum desses protocolos minimizar a lat ncia e perdas durante o procedimento de handover 3 1 4 Protocolos de Handover Suave As estrat gias de handover s o divididas em tr s grupos 1 Uso de hierarquias permite reduzir o n mero de atualiza es de localiza o de UMs handover hier rquico
89. nteresse de operadoras e fornecedores em realizar um esfor o na prepara o para a futura integra o de suas redes Essa integra o tem por finalidade administrar um servi o menos dispendioso em termos de opera o e manuten o bem como disponibilizar in meras possibilidades de inclus o de novos servi os provenientes principalmente das redes m veis Neste ponto surge a necessidade de certificar a qualidade e a continuidade dos servi os oferecidos uma vez que estes ter o por princ pio transitar entre diversas tecnologias As t cnicas utilizadas para garantir estes pressupostos s o debatidas no cap tulo 3 Handover Vertical 28 Cap tulo 3 Handover Vertical Uma vez que neste trabalho o interesse recai sobre o procedimento de handover vertical e mais especificamente no processo de decis o que culmina com a sua execu o os detalhes das t cnicas de handover e uma breve discuss o sobre suavidade est o presentes nesta sess o Adicionalmente s o apresentadas as estrat gia do IMS para implementa o da continuidade de servi os e finalmente ser o discutidos os artigos atuais correspondentes proposta de m tricas para decis o de handover 3 1 Handover suave O principal desafio do handover vertical garantir que a transi o de um modo de acesso para outro seja transparente isto seja impercept vel para os protocolos das camadas superiores e para as aplica es handover suave i e Seamless
90. o caso anterior em que o dispositivo m vel faz o monitoramento do sinal e notifica os resultados a esta o base onde s o verificados a necessidade de um handover e para qual esta o base Na camada de rede em protocolos de mobilidade baseados em IP por exemplo o Mobile IP a detec o do handover ou detec o de mobilidade feita atrav s de mensagens Agent Advertisements emitidas pelas esta es base Um dispositivo m vel ao receber essa mensagem capaz de identificar a ocorr ncia de uma migra o e a partir de ent o iniciar o handover Autentica o e permiss o de acesso envolve os processos de autentica o autoriza o para verificar se o computador m vel tem permiss es para acessar a nova esta o base fun es AAA Authentication Authorization Accouting Reserva de recursos e atribui o de canais inclui estrat gias para a reserva de recursos em uma ou mais esta es base candidatas incluindo a reserva aloca o de canais de comunica o e por exemplo estruturas de buffer para o armazenamento tempor rio de pacotes de dados nas esta es base Para permitir suavidade preciso executar uma pr aloca o de recursos no in cio do handover Atualiza o da rede trata basicamente da atualiza o da informa o de localiza o do computador m vel em um ou v rios nos na rede fixa e g Home Agent roteadores etc para garantir que os pacotes sejam encaminhados corretamente para o novo desti
91. o e a distribui o de m dia e O Messaging que baseado na padroniza o OMA Messaging Page Mode e IM Chat Seu principal objetivo garating entrega de mensagens instat neas caso o endere o destinado esteja dispon vel O OMA Presence e Group Management suportam mecaninsmos que tamb m s o baseados no modelo OMA de padroniza o para servi os de Presen a e Gerenciamento de Grupos O sucesso da tecnologia IMS assim como de outras tecnologias do passado depende da disponibilidade dos dispositivos de uso final A disponibilidade de um aparelho m vel que suporta a nova tecnologia usualmente o problema mais cr tico e tem sido enfrentado pelos fornecedores atrav s das seguintes iniciativas 48 e produ o de terminais que suportam os padr es Java JSR281 e JSR 325 at que todos os dispositivos Java estejam preparados para o IMS e oferta de aplica es IMS que possam ser instaladas nos dispositivos baseados em Symbian e Windows OS como ICP IMS Client Platform e gradualmente extendido para outros sistemas operacionais como Windows Mobile Linux etc e oferta de solu es baseadas em aparelhos Java n o SIP com um conjunto de funcionalidades IMS atrav s do uso dos IJCU IMS Java Client Utility e de um proxy de rede IMS A Ericsson como fornecedor especificamente busca integrar as funcionalidades dos APIs de IMS nos produtos da linha EMP Ericsson Mobile Platform a fim de possibilitar o desenvolvimento de novos
92. o oferece suporte para handover suave PER96 Os principais problemas com o Mobile IP s o a sua forma de manter e atualizar a informa o sobre a localiza o corrente de computadores m veis a falta de um mecanismo para atualizar a rota de encaminhamento de pacotes e o problema do roteamento triangular Tudo isto faz com que possa haver uma perda acentuada de pacotes IP durante as migra es entre c lulas no Mobile IP Diversos trabalhos foram desenvolvidos com propostas de melhorias do desempenho 15 16 abordando com frequ ncia o suporte a handover em regi es geogr ficas limitadas denominados protocolos IP de micro mobilidade Em geral esses protocolos implementam t cnicas para gerenciamento de handover como replica o de rotas buffering 30 redirecionamento etc A defici ncia que estes protocolos n o levam em considerag o as caracter sticas espec ficas ou os requisitos de QoS das aplica es Outros trabalhos apenas apresentam m todos de an lise considerando requisitos de desempenho e QoS ANY06 3 1 1 Procedimentos de Handover Em redes celulares o procedimento empregado para tratar a transig o entre c lulas por um dispositivo m vel durante a migra o conhecido por Handover ou handoff O handover horizontal nas redes celulares consiste em transferir a responsabilidade da comunica o de dados de uma esta o base para outra isto iniciar uma comunica o em uma nova esta o base e procede
93. o total de handovers ocorridos 70 Taxa de Handover 8 9 10 11 12 13 Nro de Handovers Realizados Figura 5 5 Frequ ncia de handover para diferentes crit rios No handover realizado somente com o crit rio RSS o acesso candidato ser o primeiro identificado na mesma tecnologia Caso n o hajam candidatos com RSS satisfat rio outra tecnologia ser considerada 5 3 Conclus o Nos cen rios de converg ncia possibilitados pela utilizac o das redes IMS os cen rios de handover devem possibilitar a converg ncia de rede tornando a complexidade da rede transparente para o usu rio final No que se refere uma rede que est pronta para conectar usu rios tanto das redes fixas quanto dos acessos m veis os cen rios de converg ncia se expandem e devem atender tanto aos usu rios com servicos na rede fixa quanto na rede m vel Ainda assim a converg ncia de rede n o implica assumir que existir transpar ncia no uso de todos os servi os em qualquer acesso nem implica no uso da mesma identidade p blica em qualquer modo de acesso Os resultados encontrados atrav s do emprego da otimizac o dos par metros que afetam a qualidade fim a fim do servigo PoC utilizado na rede foram apresentados neste cap tulo e as conclus es obtidas s o discutidas no cap tulo 6 71 Cap tulo 6 Conclusao Quando referente converg ncia de acesso dever ainda existir uma identidade p blica do usu rio que po
94. ostras em quatro est gios distintos 1 In cio da chamada 2 Estabelecimento da sess o PoC 3 Realiza o do handvoer 4 T rmino da chamada A realiza o do handover sempre aconteceu ap s o primerio est gio e a mobilidade em apenas uma direg o Os cen rios de handover iniciados e terminados no mesmo dom nio n o fazem parte do escopo desta pesquisa bem como o handover entre distintos dispositivos 4 6 Par metros de ensaio Lat ncia e vaz o s o os par metros capazes de implicar o maior impacto na qualidade de servi o fim a fim No PoC a lat ncia se refere ao atraso no tempo normalmente medido em milisegundos 1 1000 entre a entrada inicial e a sa da percebida Tamb m conhecida por atraso no transporte referindo se ao atraso entre o in cio da transmiss o na rede pela origem e a recep o dessa transmiss o pelo destino Numa comunica o em sentidos nicos a lat ncia pode ser medida como o tempo de transmiss o de uma solicita o para uma mensagem para o tempo quando a mensagem efetivamente recebida A vaz o refere se ao n mero de mensagens bem sucedidas na entrega por unidade de tempo Este par metro controlado pela largura de banda existente assim como pela taxa de ru do e por limita es de harwdare A janela de tempo o per odo sobre o qual a vaz o medido A escolha de uma janela de tempo adequada frequentemente determina tanto o c lculo da vaz o quanto da lat ncia Duran
95. over Vertical oooooonnonnncnnncninccinncinococoncconccinncon 57 4 8 4 Procedimento de Handover rear 57 49 COMCIUS AO A ES OTE Td 59 Cap tulo 5 Resultados lt a ias 60 5 1 Impactos no QoE para o PoCo iia 61 5 2 Impactos dos par metros no Handover Vertical ooooooonnnoncnnonocccononinonnnonnnnnonoss 65 5 3 Conclus o ranas 70 Cap tulo 6 Conclus o oone LE O ges 71 Refer ncias Bibliogr ficas cccccccsscsssssscesscssccesesscesseseccsaesenscosesscesseseceseeceusensesseesneees 74 Ap ndice A Sinalizacao POC ia ld 79 Ap ndice B Interfaces do IMSS 82 vii Lista de Figuras Figura 1 1 M tricas sugeridas para suportar a decis o do handover vertical 4 Figura 1 2 VCC Continuidade do servi o de voz em redes heterog neas 7 Figura 2 1 Primeira fase da migra o para NGN VOIP rea 12 Figura 2 2 Segundo est gio da transi o para o IMS doooonccccnccccnoncnononcnononcnononanononancnnnanonnncnonns 13 Figura 3 Protocolo SIGTRAN A A E AA E A ia E eee 15 Figura 2 4 Como o SIGTRAN facilita a transi o em redes baseadas em IP 16 Figura 2 5 Rede de sinaliza o completa no SS7 Over IP 17 Figura 2 6 Arquitetura de Camadas do MS iia 18 Figura 2 7 Camada de controle possibilita a arquitetura horizontal ooncnnnnnnnnnnnnncnonnncnnnnos 19 Figura 2 8 C
96. que reduz o RTT round trip delay sobre links lentos de r dio O P CSCF pode incluir um PDF Policy Decision Function que gerencia o QoS no plano de m dia Al m das fun es descritas o P CSCF tamb m gera informa es de cobran a para os n s coletores de bilhetes de tarifa o 2 3 1 2 S CSCF Serving CSCF O S CSCF o n central no plano de sinaliza o Trata se essencialmente de um servidor SIP mas tamb m executa fun es de controle Est localizado na HM Home Network e usa o protocolo DIAMETER Cx e Dx nas interfaces com o HSS para upload e download de perfis de usu rio o que significa dizer que o S CSCF n o armazena informa es de usu rio localmente Todas as informa es necess rias s o carregadas do HSS O S CSCF manipula os registros SIP o que permite conectar usu rios e identificar endere os SIP Este servidor se localiza no caminho de todas as mensagens de sinaliza o e pode inspecionar todas as mensagens Ele atua como um SIP registrar enquanto executa fun es de controle e servi os de roteamento 2 3 1 3 I CSCF Interrogating CSCF O I CSCF um Proxy SIP localizado no limite do dom nio administrativo Este n respons vel por gerar solicita es ao HSS usando o protocolo DIAMETER atrav s das interfaces Cx e Dx coletando informa es de localiza o do usu rio para prop sito de roteamento O endere o IP do I CSCF publicado no DNS do dom nio a fim de ser utilizado pelo P
97. r Suave erre 34 3 1 5 IMS Foco na Continuidade do Servi o 35 3 1 6 Decis o de Handover nos Dispositivos Mult modo ooooooooccocnconncocnconnnoo 37 3 1 7 Evolu o do Handover Vertical no IMS ooocconiccinccnccconccononcnonanonccanncinncno 39 O E EE E RRE E A ETE 41 Cap tulo 4 Desenvolvimento A a RA a 43 AL MobiCS da 43 4 2 Service Development Studio cccccsscccssssecssscecssscecssscesssscesssscesssecesssecessaceesseeeesnes 45 4 2 1 Aplica es dispon veis no SDS oooooncoconiconococonononooncnnconono nono nono cnnncn nono nnnnnnnnos 47 4 3 Cen rios de integra o entre redes WLAN e 3GPP oocoooocicciocoiocooccocnconoconcoononnnonnnnos 48 4 3 1 Aplica es e Dispositivos de Modo Duplo oooooonoocnnocnnocononcccoccnonccanccinnnon 51 4 4 Contexto de Continuidade de Servico cccccceecceesceesceceseceeeeeeeeeeseecaecneeeneeeeeaeees 52 AS COMATIO de Es 53 4 6 Par metros de CMSA tO A AI A AAA tb 54 4 7 Defini o de crit rios de handover vertical oooonoonnnnnncnnnnncnnccnncnoocnonnconcconconnonononnnnos 55 4 8 Fun es Custo para sele o do melhor acesso err 56 4 8 1 Fun o Custo de Aplica o do USU TIO o ooonoonncnicnnoccnoccnononcnnoncnnncnccnnonoos 56 4 8 2 Custo total para todas as aplica es o oooonioninccnnncnnocicoccconcconncconncconccnnncnnnc nn 57 4 8 3 Fun o Custo para o Hand
98. r uma atualiza o na rede de modo que o dispositivo m vel mantenha as suas comunica es em andamento O handover vertical apresenta os mesmos desafios adicionando outros uma vez que trata da transi o entre formas de acessos rede O handover um procedimento custoso porque envolve diversas tarefas que podem causar interrup es no fornecimento de servi os e degrada o no desempenho das aplica es Esse fato se agrava medida que aumenta a freqii ncia de migra o e transi o pois consequentemente maior o numero de ocorr ncias de handover Basicamente o procedimento de handover pode ser dividido em duas fases principais e Fase 1 Detec o Atribui o e Transfer ncia Nesta fase a detec o de mobilidade 1 e a identifica o da necessidade de se iniciar um handover a aloca o e atribui o de um novo canal de comunica o assim como a transfer ncia do sinal de radio da antiga para a nova esta o base s o executados e Fase 2 Atualiza o Durante essa fase elementos de rede que mant m a informa o de localiza o do computador m vel s o notificados e atualizados de modo que o trafego de pacotes possa ser direcionado para a nova localiza o Diversas t cnicas de otimiza o podem ser empregadas nesta fase de modo a reduzir a lat ncia e perda de pacotes durante esse procedimento de atualiza o A Fase 1 executada no n vel de enlace e depende da tecnologia sem fio adotada enquanto qu
99. rganismos de padroniza o como o OMA Open Mobile Alliance Outros atributos como seguran a e controle de admiss o poder o ser considerados em trabalhos futuros 1 2 Motivac o A ger ncia das redes que convergem os universos de telefonia fixa e m vel enfrenta muitos obst culos que n o estavam presentes na gest o da NGN Vext Generation Networks e possivelmente o que gera maior esforgo na sua implementac o o gerenciamento da mobilidade O gerenciamento de mobilidade trata do problema de como oferecer suporte a mobilidade de usu rios em uma rede sem fio Um dos seus maiores desafios prover migra o transparente isto permitir a um usu rio transitar pelas reas de cobertura dos diversos pontos de acesso mantendo as suas conex es ativas de modo que n o ocorram interrup es na execu o dos servi os de comunica o utilizados pelo usu rio O gerenciamento de mobilidade trata de duas questdes chave relacionadas mobilidade Gerenciamento de Localiza o e Gerenciamento de Handover NAGO7 O primeiro tem como objetivo manter atualizada a informa o de localiza o de um dispositivo m vel cada vez que este se movimenta e muda o seu ponto de acesso na rede O segundo trata da transfer ncia da comunica o de uma esta o base para outra ou de um dom nio de acesso para outro a fim de possibilitar a continuidade no fornecimento de servi os no novo ponto de acesso Numa rede que suporta a converg ncia fixo
100. s Servi os no quesito garantia de mobilidade onde est o interesse desta disserta o Atrav s da investiga o dos recursos propostos no IMS para garantir a continuidade do servi o esta pesquisa explora as m tricas utilizadas para tomada de decis o do handover vertical 1 1 Desafio O grande desafio do IMS permitir que um dado usu rio possa acessar informa es da rede fixa a partir de qualquer lugar e instante atrav s de um dispositivo m vel PDAs Personal Digital Assistants palmtops laptops etc A decis o do dispositivo de comunica o sobre como e quando comutar para uma interface de rede deve ser baseada em m tricas como pot ncia do sinal RSS prefer ncias do usu rio condi es da rede tipos de aplica o e custo entre outros par metros Nesta disserta o o interesse recai sobre as m tricas utilizadas processo de decis o para realizar o handover vertical na arquitetura IMS Por se tratar de uma das quest es centrais na implementa o de servi os num ambiente convergente o handover vertical depende da estrat gia aplicada para trat lo o que pode afetar consideravelmente o desempenho dos servi os ativos Garantir que essa transi o seja impercept vel para o usu rio handover suave responsabilidade dos mecanismos ou protocolos de handover que devem ser eficientes no sentido de garantir baixa lat ncia da atualiza o da rota para encaminhamento de pacotes gerar baixa sobrecarga na re
101. s adequados para observa o dos impactos do handover na qualidade de servi o fim a fim a pr xima se o discute a defini o dos crit rios utilizados no processo de decis o do handover vertical 4 7 Defini o de crit rios de handover vertical Os crit rios de handover utilizados nessa pesquisa foram definidos de acordo com as informa es dispon veis sobre a rede de acesso o ponto de acesso e crit rios do usu rio definidos do dispositivo conforme descrito na tabela 4 4 Tabela 4 4 Crit rios de Handover Ponto de Acesso N vel de QoS esperado no PoC Ponto de acesso preferido Prioridades do servigo Rede de Acesso Disponibilidade de banda durante o downstream upstream Condi es de qualidade do link SNR Taxa de retransmiss o N veis de Seguran a Dispositivo Custo do Acesso Terminal multimodo Tamanho da tela Tempo de vida da bateria 56 4 8 Fun es Custo para sele o do melhor acesso Em WAN99 uma func o de custo sugerida para selecionar o melhor acesso candidato ao handover Esta func o custo foi utilizada por ser adequada ao cen rio de handover em redes IMS com distintos tipos de acesso J em MANO06 a mesma fun o custo utilizada utilizando um novo crit rio que considera ainda as prefer ncias do usu rio as caracter sticas de servi o e caracter sticas do link de radio Custo Banda e PER Essa fun o definida para cada um dos ace
102. s esfor os do 3GPP para VCC est o em desenvolvimento e espera se que esteja completamente definido no 3GPP2 ate 2010 BAWO06 Durante 2005 a arquitetura ICSA IMS Controlled with Static Anchoring foi selecionada pelo 3GPP como a estrat gia base para esfor os de padroniza o do VCC KIMOS O princ pio dessa estrat gia recomenda que todas as chamadas de voz sejam controladas pelo CCCF Call Continuity Control Function residente do dom nio IMS Isso significa que as chamadas originadas no dom nio celular tradicionalmente controladas pelo MSC Mobile Switching Center ser o agora controladas no dom nio IMS A MSC precisa ent o encaminhar todas as chamadas originadas no dom nio CS celular para o CCCF no IMS Para suportar a transfer ncia de chamadas e servi os entre o IMS e as redes celulares de uma sess o ativa de voz o dispositivo m vel precisa iniciar uma segunda chamada para o CCCF Call Continuity Control Function a fim de disparar e executar um evento de mobilidade A habilidade do VCC para suportar a transfer ncia de dom nio em sess es ativas de voz um passo importante para o FMC Com a evolu o das implanta es no mercado os problemas de desempenho se tornam claros e os requisitos de mobilidade que cercam o IMS receber o adequa o A primeira letra no VCC define voz e seu nico objetivo especificar um m todo que permita a transfer ncia de dom nio das sess es de voz entre o IMS e o dom nio comutado
103. s na arquitetura IMS Estes servidores s o tratados conjuntamente por servidores com fun o de controle de chamadas e sess es categorizados como P CSCF Proxy CSCF S CSCF Serving CSCF e I CSCF Interrogating CSCF O CSCF o ponto de roteamento da sess o na rede core do IMS Estes servidores s o pontos de acesso padronizados associados dinamicamente e independentes de servico respons vel pela distribui o das chamadas entrantes para os servidores de aplica o e tamb m por manipular a autentica o inicial de assinantes Cada um dos n s do core IMS detalhado nas se es subsequentes CAMO6 2 3 1 1 P CSCF Proxy CSCF O P CSCF o primeiro ponto de contato entre o terminal e a rede IMS Todos os pedidos iniciados ou destinados ao terminal IMS atravessam o P CSCF O terminal IMS se 21 comunica apenas com um P CSCF durante o registro O P CSCF encaminha certa quantidade de associa es de seguran a Ipsec para o terminal a fim de oferecer prote o de integridade como a habilidade de detectar se o conte do da mensagem foi modificado desde a sua cria o O servidor autentica o usu rio e valida sua identidade para o restante dos n s na rede O P CSCF tamb m respons vel por verificar a integridade do pedido SIP enviado pelo terminal IMS Essa validag o evita que o terminal crie pedidos SIP que n o estejam em conformidade com as regras do protocolo O servidor comprime e descomprime as mensagens SIP o
104. s para handover do servigo PoC M dia PoC KPII s KPI2 s KPB s KPI4 s 2G GSM 2 93 0 51 1 59 o o A tabela 5 5 tamb m demonstra que a partir do emprego da otimiza o dos par metros obt m se uma melhora no atraso de aproximadamente 1 minuto representando uma melhora no atraso em 37 no acesso 3G e em 34 no caso do acesso 2G O GMM GPRS Mobility Management determina tr s poss veis estados de mobilidade 3GP23 IDLE STANDBY e READY O GMM determina que um assinante mantido e sincronizado entre o UE e o SGSN O diagrama de estados no UE e no SGSN representado na figura 5 4 Tratam se de estados controlados por temporizadores O estado READY que controla a transi o do estado GMM READY para STANDBY negociado entre o SGSN e o UE durante os procedimentos de GPRS Attach e RA Update O tempo padr o para este temporizador definido para o Gb_T3314 ReadyTimer no GSGN R6 de 44s O estado de transi o READY para STANDBY disparado quando n o existem pacotes LLC enviados pelo UE nem recebidos no SGSN respectivamente Se um UE vai entra no estado STANDBY o SGSN executa o procedimento de paging PS a fim de encontrar sua posi o atual Uma vez que o UE se comunica em paralelo com diversos servidores uma carga significante de tr fego pode ser gerada de para o UE exigindo uma determinada quantidade de banda Muitos aspectos que precisam ser considerados s o as funcionalidades suportadas pela aplica o
105. sertac o a Deus e 4 memoria de meus av s Eleut rio F lix da Silva e Laura Faria Coqui Seus exemplos de supera o e vit ria na vida s o est mulos constantes para seguir adiante Parte de seus almejos se concretiza atrav s desta conquista 111 Agradecimentos Agradeco aos meus pais Leni e Francisco que pelo exemplo me ensinaram que a transforma o do mundo se realiza atrav s da minha pr pria transforma o que as fraquezas s o percebidas como marcas no espelho e que as situa es estas devem ser vistas como testes para me transformar em algu m elevado Aos queridos amigos Surama e Thomas pelo incentivo e coopera o Ao prezado colega Diovane Massoqueto pelas observa es e cr ticas construtivas e ao s bio Ronaldo Fonseca pelas palavras de est mulo s empresas Siemens e Ericsson respectivamente pelo investimento e por fornecer os meios adequados para avan ar nesta pesquisa Sou especialmente grata ao dedicado Prof Dr Mauro S rgio Pereira Fonseca pela confian a est mulo e direcionamento iv Sum rio A A A a ase iv A cus esas pa PARRA DDR RD RR REU SEREI RD ra v Lista d A na n a a a aa a viii Estade Dea LAS lama cc costs cask etal lo do ix Lista de Simbolos n cerre EL EE A x Lista d Abreviaturas A IS iG Ge eTa xi RESUMO aa A EEE a E a xiii Abstract soma a SD MRE xiv Cap tulo 1 Introdu o iii ii 1 LADA ale ce 2 EZ NIGUY ACAO neta 5 1 3 Proposta Pe A ee cae Ba ahaa DAA Ae
106. similar ao caso do IFHO com a diferen a de que potencialmente existir perda de pacotes pois os pacotes RLC PDU que restaram nas filas de prioridade da c lula antiga ser o descartados Quando um UE que recebe o burst de voz experimenta a mudanga de c lula alguns pacotes RTP poder o ser perdidos no que pode resultar no baixo QoE No fluxo de chamada que ser exibido na figura 5 1 um exemplo de uma sess o confirmada de PoC com potenciais eventos de troca que podem ocorrer enquando a sess o est ativa Os indicadores fim a fim KPI indicam visualmente os potenciais pontos de impacto conforme descrito na tabela 5 3 definida pelo OMA Tabela 5 3 Requisitos OMA para atraso fim a fim no PoC OMA06 Item Descric o Requisito OMA PoC s KPI 1 Atraso do tom Inicial ap s selecionar opg o para falar 2 KPI 2 Atraso na audi o do tom para fala no lado que recebe a chamada 4 KPI 3 Tom subsequente para falar 1 6 KPI 4 Atraso na audi o do tom subsequente para autoriza o da fala no lado que 1 6 recebe a chamada Durante uma sess o PoC ser atingido uma melhor experi ncia fim a fim quando os eventos de troca de canal forem evitados principalmente aqueles que se referem transi o entre c lulas CELL DCH e CELL FACH O per odo e a ocorr ncia dos eventos de troca de canal dependem de fatores como e A configura o dos par metros de troca de canal 64 e A utiliza o da sinaliza o in
107. spec ficas S o eles e Server Proxy ou Redirect permite controle da sess o e Registrar manipula atividades de autoriza o de usu rios ou entidades e UA B2BUA age como terminais da rede Enquanto simplifica a abordagem da sinaliza o o SIP adiciona algumas complexidades que agora come am a se tornar problemas uma vez que o SIP est centralizado nas NGN baseados ou n o em IP Um dos problemas pode ser considerado 18 simplesmente log stico existem muitas RFCs e Drafs no IETF definindo funcionalidades diferentes e extens es do SIP para aplica es cada vez mais espec ficas Atender a todas estas especifica es uma tarefa majorit ria para todos os fornecedores dessa tecnologia A pr xima se o descreve a arquitetura IMS detalhando seus componentes e fun es 2 3 Arquitetura IMS Esta seg o apresenta a arquitetura do IMS na rede 3G seus conceitos e entidades funcionais Essa arquitetura foi estabelecida sobre 3 camadas que podem evoluir independentemente conforme representado na figura 2 7 camada de aplica es e servi os camada de controle e camada de conectividade Camada de Aplica es ou de Servi os Camada de Controle Roteadores switches e media gateways Camada de Conectividade Figura 2 7 Arquitetura de Camadas do IMS CAMO6 Camada de Aplica es Esta camada cont m os servidores de aplica o e de conte do que executam os servi os de valor adic
108. ssa ser conectada a qualquer tipo de acesso Ainda assim tal conceito tamb m n o assume que existir acesso para todos os servi os Somente com a converg ncia de acesso ainda ser necess rio que a identidade p blica esteja associada com um certo servi o ou com um conjunto de servi os sem suporte para manuseio de Identifica o de Servi o J na converg ncia de servi os entende se que a mesma identidade p blica poder ser utilizada para acessar qualquer servi o IMS Basicamente isto ser possibilitado pela marca o de identifica o de servi o realizada em todo o tr fego A identifica o de servi os padronizada pelo 3GPP atrav s do ICSI IMS Communication Services Identifiers IARI IMS Application Reference Identifiers e pelo OMA Este conceito de converg ncia da identidade de servi os permite que muitos dispositivos fa am uso do mesmo PUI Public User Identity simultaneamente sobre qualquer acesso Isso significa que uma mesma identidade p blica ser simultaneamente utilizada para diversas identidades privadas gerenciando dispositivos distintos sobre qualquer tipo de acesso O processo adequado de autentica o e registro baseado na disponibilidade de um acesso reconhecido na rede Este racioc nio abriga ainda o conceito de n mero nico que representa a possibilidade de um usu rio poder ser alcan ado com a sua mesma identidade p blica independentemente do tipo de acesso ou dispositivo atualmente u
109. ssos candidatos No momento do handover quando o nivel do sinal recebido se degrada esta fun o custo calculada para os acessos candidatos disposi o WiFi CS O acesso com a menor fun o custo ser eleito o novo acesso A fun o custo assim apresentada 1 f w INC w In w InP P gt Bee 4 1 X wia 1 Onde C taxa de retransmiss o no acesso n B largura de banda no acesso n Pa consumo de energia do terminal quando conectado ao acesso n Wi peso de cada par metro conforme a aplica o PoC P prioridade da aplica o a aplica o 4 8 1 Fun o Custo de Aplica es do Usu rio A fun o custo calculada de acordo com os par metros de acesso da rede n considerando as prefer ncias do usu rio e as funcionalidades dispon veis no terminal do usu rio para cada aplica o ativa Assim UACF a DV sal ja 4 2 Onde UACF User Application Cost Function j DB UBy consumo de energia e taxa de retransmiss o 57 w peso por aplica o a aplicag o 4 8 2 Custo total para todas as aplica es O custo total para as aplica es definido com o emprego da fun o UACF Se a aplicag o em uso necessita UACF 5 UACF P 4 3 Onde UACF User Application Cost Function n n mero de aplica es a aplica o P consumo quando determinada aplica o est em uso 4 8 3 Fun o Custo para o Handover Vertical Se a tecnologia de rede
110. ta o transporte de qualquer SS7 sinalizac o de usuario MTP3 ISUP SCCP sobre IP atrav s do uso de servicos do SCTP SUA SCCP User Adaptation Layer Suporta o transporte de sinaliza o do usu rio SCTP Um uso t pico o acesso ao centro de comuta o m vel 16 A figura 2 5 mostra como o Sigtran trabalha na transi o para redes baseadas em IP Call Control ISUP M3UA A SCTP Call Control IP ISUP MTP3 MTP2 Signaling SSP STP Gateway SGP SGP SS7 Wireless IP Network Figura 2 5 Como o SIGTRAN facilita a transi o em redes baseadas em IP Na figura 2 5 o c rculo SS7 wireless ilustra a rede tradicional de circuito comutado baseada em SS7 wireless PSTN onde o controle da chamada provido pelo padr o ISUP MPT3 MPT2 do protocolo SS7 A fun o de gateway de sinaliza o est no meio e a rede SS7 over IP SS7oIP esta esquerda O gateway de sinaliza o alimenta as informa es baseadas em SS7 de um lado e usa a fun o de interconex o NIF para traduzir o SS7 no Sigtran Finalmente o gateway de sinaliza o se comunica com Sigtran nos processadores de servidores de aplica o ASPs que emulam a fun o do SSP STP para uma faixa espec fica de chamadas na rede IP esquerda da figura 2 5 A figura 2 6 mostra como uma rede completa de sinaliza o SS7oIP deve ser implementada A infraestrutura IP j estar preparada para a evolu o do SS7 para SIP durante
111. te o in cio de uma sess o IMS quando a m dia em tempo real solicitada o seguinte procedimento deve ser respeitado 1 Reserva de recursos do IP CAN 1P Connectivity Access Network apropriado para m dia em tempo real e pode ser iniciada quando o UE considera que tem informa es suficientes como quando envia um SIP INVITE ou quando a resposta SDP conhecido o UE que decide quando a reserva de recursos deve ser iniciada mas essa reserva pode falhar caso seja feita antes de receber a resposta SDP devido s pol ticas aplicadas no gateway IP CAN 55 2 O usu rio alertado sobre o in cio de uma sess o multim dia quando os recursos para m dia em tempo real estiverem dispon veis 3 A autoriza o dos recursos de QoS podem ser feitos na oferta SDP e ou na resposta SDP no lado destino e na resposta SDP no lado originante 4 Tanto os atributos pr condicionados e ou os atributos diretivos do SDP deveriam ser usados para indicar quando a m dia pode ser enviada Quando a reserva de recursos solicitada e a oferta inicial do SDP indica que os recursos dispon veis n o s o suficientes ambos os atributos diretivos e de pr condi o do SDP deveriam estar indicados no SDP 5 A aprova o do QoS pela rede de pol ticas feita quando a resposta SDP indica que a m dia est ativa 6 A m dia pode ser enviada de um UE assim que o outro UE indicar que a m dia pode ser recebida Uma vez estabelecidos os par metro
112. tilizado por este mesmo usu rio Isso ainda inclui o tratamento de diversos dispositivos em qualquer acesso sendo tratados simultaneamente num modelo de busca serial ou paralelo utilizando a mesma identidade p blica Outras abordagens de otimiza o de recursos durante o handover vertical referenciadas nesta disserta o MAN06 WAN99 desconsideram os requisitos para alcan ar 72 a converg ncia de servi os nas redes heterog neas ainda que tragam contribui es nos crit rios de faturamento MANO6 e no handover baseado em pol ticas de utiliza o WAN99 Nas rede IMS um usuario pode se conectar atrav s pontos de acesso fixos e m veis A continuidade de servigo investiga este problema de forma a oferecer suporte para a mobilidade do usu rio sobre uma rede sem fio permitindo a migra o transparente de usu rios e tamb m garantindo a cobertura de rea dos diversos pontos de acesso dispon veis mantendo suas conex es ativas e suas aplica es em funcionamento Outro fato interessante se refere transfer ncia de comunica o de uma esta o base para outra ou de um dom nio de acesso para outro de forma a possibilitar a entrega de continuidade do servi o no novo ponto de acesso A arquitetura VCC em desenvolvimento pelo 3GPP soluciona o problema da continuidade de voz uma vez que sua maior preocupa o n o com a continuidade do servi o oferecido e sim com a disponibilidade de m dia num nico n da rede do
113. trega de qualidade fim a fim dos servi os permitindo controle e garantia de QoS Tamb m prop s fornecer par metros de custo para os terminais m veis Em decorr ncia do uso desta arquitetura seria poss vel otimizar a qualidade de servi o atrav s da adapta o cont nua de par metros de sess es multim dia Uma outra abordagem pode ser empregada para tratar as quest es do handover vertical Quando uma esta o m vel transfere uma sess o de usu rio de uma rede para outra o endere o IP muda Para permitir que o n correspondente com o qual o dispositivo est se comunicando o reencontre corretamente e permita que a sess o continue necess rio garantir a mobilidade do IP Este um problema que pode ser resolvido em diversas camadas como na camada de aplica o na camada TCP IP etc O m todo mais comumente utilizado o emprego do SIP Session Initiation Protocol e Mobile IP Um destes trabalhos executa testes de desempenho empregando a mobilidade sobre SIP em Ipv6 ZHU04 Este artigo verifica o atraso decorrente da movimenta o de um dispositivo entre dois n s quando aplica o DAD Duplicate Address Detection e a sele o de rota Essa an lise prova que a mobilidade na camada de aplica o como o SIP pode ser uma alternativa para ger ncia de mobilidade 3 1 8 Conclus o Uma vez identificadas e verificadas as estrat gias de handover existentes observa se que nenhuma delas capaz de garantir os requisitos
114. ulos adequados para simula o do handover horizontal todos os m dulos de rede necess rios para a simula o dos n s presentes no IMS necessitaria de implementa o Por esta raz o a busca por ferramentas de simula o foi mantida atrav s da qual foi poss vel identificar o SDS Service Development Studio cujos m dulos est o detalhados na pr xima se o 4 2 Service Development Studio A ind stria de fornecedores de servi os selecionou o IMS para implementa es de FMC uma vez que esta tecnologia permite a introdu o e a integra o de servi os de forma transparente para o usu rio O IMS facilita a integra o e a converg ncia de acesso e dispositivos baseados nas facilidades padronizadas como a Telefonia Multimedia IP os servi os de mensagem PoC servi os de presen a gerenciamento de grupo etc O SDS uma ferramenta desenvolvida pela empresa Ericsson que oferece uma solu o compreens vel e orientada a padroniza o para o desenvolvimento de uma nova aplica o IMS e seus servi os pois prov APIs de alto n vel que escondem a complexidade da rede e dos dispositivos incluindo uma gama de modelos e guias para suporte do desenvolvimento e minimizar o tempo de projeto Com o SDS as APIs de controle e acesso das funcionalidades como o PGM Presence and Group Management VoIP Voice over IP PTT Push to Talk e IMS M Messaging As pr ximas vers es devem incluir APIs para suporte ao IPTV e mobilidade
115. ult 1s pois evita o up down switch durante a sess o J o inactivityTimer numa t pica sess o PoC onde n o existe tempo de espera entre os fluxos de voz um bom desempenho alcan ado mesmo com valores abaixo do Default Ex 30s Nos casos onde tempo de espera era alto a transmiss o das mensagens TB IDLE causa impactos durante o FACH ou durante o DCH devido transi o do modo IDLE para o modo CELL DCH A fim de previnir que a sess o fique inativa por longos per odos o par metro PTT session inactivity timer deve ser configurado com um valor baixo conforme o modelo de tr fego dos distindos tipos de sess o 63 O par metro diRicBufUpswitch deve ficar configurado com um valor maior do que o tamanho da mensagem TB Ex TB Request e menor que o tamanho de um pacote RTP Al m dos par metros UTRAN em laborat rio tamb m foram observados outros elementos que afetam o desempenho do envio de m dia durante uma sess o PoC No caso de um UE enviar m dia durante um procedimento de IFHO Inter Frequency Handover a transfer ncia da midia para o UE receptor ser interrompida por 900ms Este atraso pode ser absorvido pela aplica o do usu rio caso esteja preparada com um buffer de inicializa o de 800ms ou mais Um impacto semelhante ocorrer quando um UE que est recebendo a m dia realiza o IFHO Nos casos onde realizada uma mudan a de c lula o tempo estimado de interrup o de 500ms A an lise de impacto
116. ursos dispon veis nas redes integradas atrav s da arquitetura IMS A simula o de diferentes cen rios de handover vertical teve por finalidade identificar influ ncias sobre a qualidade do fluxo de dados transmitidos da rede para elementos m veis com rela o ao n mero de pacotes perdidos atraso varia o do atraso etc e a partir disso formar um conjunto de par metros que atendam aos crit rios de qualidade dos cen rios selecionados capazes de direcionar a decis o do handover para um determinado servi o Os m dulos de simula o podem ser obtidos atrav s da ferramenta SDS conforme discutido posteriormente nesta disserta o vide Cap tulo 4 Ainda assim tais dados puderam ser coletados a partir de experimentos em laborat rio como demonstram os resultados apresentados no cap lto 5 Os par metros a serem considerados nesta an lise relacionam se apenas com os requisitos do servigo PTT e com as prefer ncias do usu rio Outros atributos e servigos poder o ser considerados em trabalhos futuros 1 5 Organizac o Esta disserta o est organizada em 6 cap tulos Introdu o Evolu o das Redes de Telecomunica es Handover Vertical Desenvolvimento Resultados e Conclus o Na Introdu o est o descritos os objetivos a motiva o e a contribui o cient fica decorrente desta pesquisa Os cap tulos posteriores discutem os impactos da integra o atrav s do uso do IMS nos sistemas de telecomunica es
117. v s do uso de WLANs como tecnologia complementar para redes celulares de dados Existe uma variedade de arquiteturas de interconex o que foram discutidas na literatura e ser o discutidas na sess o de estado da arte Ainda assim estas arquiteturas apresentam uma s rie de limita es Estas restri es podem ser contornadas quando se utiliza a arquitetura do IMS como intermedi rio para suporte em tempo real de sess es de negocia o e ger ncia da rede Diante disso surgem novas quest es a serem consideradas pois um ambiente que envolve dispositivos m veis possui uma s rie de particularidades e restri es que o distingue de um ambiente distribu do convencional Primeiro a comunica o de um dispositivo m vel com a rede fixa feita atrav s de um canal de comunica o sem fio que possui baixa largura de banda alta lat ncia e est sujeito a freq entes desconex es quando comparado a um canal de comunica o baseado em fibra tica por exemplo Em segundo lugar a mobilidade permite ao dispositivo m vel que se conecte a rede atrav s de diferentes pontos de acesso fazendo com que este seja for ado a se adaptar a diferentes condi es do ambiente de rede e s varia es na disponibilidade de recursos NAGO7 Tamb m importante considerar que o dispositivo m vel tipicamente n o disp e da mesma quantidade de recursos al m de energia limitada pela sua bateria quando comparado a um computador pessoal utilizando os mesmo

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