Este documento describe la estructura y funciones clave de la red de núcleo de paquetes 3G. Describe la estructura de la red Packet Core, incluidas las interfaces y protocolos. También describe las funciones del SGSN, GGSN, HLR y otros nodos, así como los procedimientos de gestión de movilidad, gestión de sesiones y transmisión de datos.

1. Core de Paquetes y Acceso a una Red 3G

2. Referencias
❑ 3GPP protocol 23060
❑ 3GPP Protocol 29060
❑ 3GPP Protocol 24008

3. Objetivos
• Describir la estructura de la red UMTS PS
• Describir las interfaces y protocolos de la Red
Packet Core
• Describir el principio de funcionamiento de la
Packet Core

4. Estructura de la red Packet Core
Gf
Uu
Um
D
Gi
Gn
Iu
Gc
CE
Gp
Gs
Signalling Interface (including SMS)
Signalling and Data Transfer Interface
TE MT UTRAN TEPDN
Gr
Iu
Other PLMN
Gd
SMS-SC
SMS-GMSC
SMS-IWMSC
GGSN
EIRSGSN
Gn
CGF
Ga
Ga
Billing
System
Gb
TE MT BSS
R
A
R
gsmSCF
Ge
SGSN
HLRMSC/VLR
GGSN

5. Funciones del SGSN
• Mobility Management(MM)
❑ Las funciones de MM son usadas para mantener el traceo de
la localización actual del UE dentro de la PLMN o dentro de
otra PLMN(E.j.Roaming).
• Session Management (SM)
❑ Función de SM administra los PDP Context del UE.
• Enrutamiento y transferencias de Paquetes
❑ SGSN realiza enrutamiento y envío de servicios de datos
entre el MS y el GGSN
• Charging
❑ SGSN puede generar, guardar , convertir y enviar CDRs

6. Funciones del GGSN
• Session Management(SM)
❑ Función de SM administra los PDP Context del UE.
• Enrutamiento y transferencias de Paquetes
❑ GGSN realiza enrutamiento y envío de servicios de datos
entre el MS /UE ye internet
• Charging
❑ GGSN puede generar, guardar , convertir y enviar CDRs

7. Funciones del CG
• Colección de CDRs GPRS/UMTS en tiempo real
• Guardado temporal y buffering de los CDRS
GPRS/UMTS
• Preprocesamiento de CDRs GPRS/UMTS
• Envio de CDRs GRPS/UMTS al Billing Center

8. Funciones del HLR
• Guarda y actualiza perfil del subscriptor de datos
GPRS/UMTS (PS)
• Autenticación del usuario
• Provee información de localización y necesidad
de procesamiento MM y routing, por ejemplo
❑ Guarda y actualiza el SGSN donde el usuario está usando el
servicio de datos
❑ Borrado de la localización del usuario
❑ Estado del UE si es alcanzable

9. Funciones del DNS
• Resuelve el APN a una IP del GGSN en el
procedimiento del PDP Active
• Resuelve el RAI a la IP del SGSN en el
procedimiento inter-SGSN RAU
• Resuleve el RNCID a la IP del SGSN en el
procedimiento Relocation (UMTS)

10. Funciones del BG
• BG: El Border GW entre dos PLMNs, provee
aparte de la función de seguridad, la función de
routing entre SGSNs y GGSNs en diferentes
redes GPRS/UMTS
• BG Soporta los protocolos necesarios para la
interoperatibilidad de los diferenter operadores
❑ Protocolo de seguridad: Recomendado para usar
IPSEC y FW
❑Protocolo de Enrutamiento Recomendado
para uso de BGP
• Basado en Router Común

11. Servidor AAA
• Servidor AAA es usado para realizar
autenticación, autorización y funciones de
acounting
• En modo Non-Transparent Access mode, el
GGSN comunicará con el servidor remoto AAA
para verificar la validez del MS/UE usando
protocolo RADIUS(Remote Autentication Dial in
User Service)

12. SMS-GMSC y SMS-IWMSC
• SMS-GMSC y SMS-IWMSC son la parte del
SMSC y usado para manejar el protocolo MAP
• El SMS puede ser enviado via el dominio CS o
PS
• El Operador puede decidir para usar CS o PS
para enviar el SMS a MS
SGSN SMS-IWMSC
SMS-GMSC
3G Mobile
Terminal
SMS Gd

13. Terminal: MS(2G)
• Un terminal GSM/GPRS puede operar en uno de
los tres modes de operación
❑ Clase A: Opera servicios GPRS y otros servicios GSM
simultáneamente
❑ Clase B: Monitorea canales de control para GSM GPRS y otros
servicios GSM simultáneamente, pero puede solo operar solo un
set de servicios en un momento
❑ Clase C: Exclusivamente opera servicios GPRS

14. User Terminal: UE(3G)
▪ Un equipo de un usuario UMTS puede operar en
uno de los tres modos de operación:
❑ Modo PS/CS: Opera servicios PS y CS simultanemamente
❑ Modo PS: Exclusivamente opera servicios PS
❑ Modo CS Exclusivamente Opera servicios CS

15. Función de la Red Packet Switched
• Funciones de control de acceso a la Red
• Funciones de transferencia y enrutamiento de
paquetes
• Funciones de Mobility Management
• Funciones de Logical link Management (Sólo
GPRS)
• Funciones de RRM(Radio Resource
Management)
• Funciones de Network Management (NMS)

16. Funciones de Control de Acceso a la Red
• Funciones de Autorización y autenticación
• Funciones de Screening Messages
• Funciones de Admisión de Control
• Funciones de adaptación terminal de paquetes
• Funciones de Colección Charging Data
• Funciones de Restricción determinado por
operador

17. Funciones de transferencia y
enrutamiento de paquetes
• Función Relay o reenvío
• Función Routing o enrutamiento
• Funcin de Mapping y traducción de direcciones
de enrutamiento
• Funciones de encapsulación
• Funciones de tuneling
• Funciones de compresión
• Funciones de cifrado
• Funciones de DNS

18. Funciones de Mobility Management
• Las funciones de Mobility Management son
usadas para mantener el traceado de la actual
ubicación de un UE dentro de la PLMN o dentro
de otra PLMN

19. Funciones de Logical Link Management
• Las funciones de Logical link Management (Sólo
en GPRS) son concernientes con el
mantenimiento de un canal de comunicación
entre un individual UE y el PLMN a través de la
radio interface
• Función de Establecimiento lógico del link
• Función de mantenimiento del link
• Función de la liberación lógica del link

20. Funciones RRM (Radio Resources
Management)
• Funciones de RRM son concernientes con la
asignación y mantenimiento de las rutas de
comunicación de Radio, y son desempeñadas
por la red de acceso

21. Funciones de Network Management
• Funciones de Network management proveen
mecanismos para soportar funciones de O&M
relacionadas al domino de paquetes

22. Contenidos
• Estructura de una Red PS UMTS
• Principio de funcionamiento de una Red PS
• Protocolos e interfaces de una Red PS

23. Principio de Funcionamiento de una Red
PS
• Mobility Management
• Session Management
• Proceso de Transmisión de Datos
• Roaming GPRS /UMTS

24. GMM(GPRS Mobility Management)
• Funciones de MM
• Mantiene trazabilidad de la actual ubicación de
un UE dentro de la PLMN u otra PLMN
• Administración de los datos de subscripción
• Administración de los estados del UE

25. GMM (GPRS Mobility Management)
• Principales procedimientos de MM
• Attach Procedure o procedimiento de Registro
• RAU y procedimiento periódico
• Procediemiento de detach o deregistro
• GMM Otros Procedimientos
• Procedieminto de reasignación P-TMSI
• Procedimiento de Autenticación
• Procedimiento de Identificación
• Procedimientno de Administración del usuario

26. PDU transmission
Implicit Detach
or
Cancel Location
GPRS Attach
READY timer expiry
or
Force to STANDBY
GPRS Detach GPRS Attach
PDU reception
GPRS Detach
or
Cancel Location
MM State Model of MS MM State Model of SGSN
IDLE
READY
STANDBY
IDLE
READY
STANDBY
READY timer expiry
or
Force to STANDBY
or
Abnormal RLC condition
Estados GMM

27. Contexto MM
• Cuando el subscriptor se atacha al SGSN , el
SGSN creará unMM Context para ese usuario
• MM Context incluye todos los parámetros
relacionados al MM tales como IMSI, Estado MM,
P-TMSI, MSISDN, Routing Area Identity, Cell
Identity(GPRS), New SGSN addressy VLR
Number

28. Procedimiento de Attach
• Función
• Un MS/UE desempeñará un GPRS Attach para
obtener acceso a los servicios GPRS
• Si el MS/UE es conectado vía radio GSM, este
realizará un procedimiento deGSM GPRS Attach
• Si el MS/UE es conectado vía acceso radio
UMTS , este realizará un proceso de attach
UMTS GPRS

29. Procedimiento de Attach
3G Mobile
Terminal
New SGSN
HLR
EIR
old SGSN
1.Attach Request
2.- Identificacion Req/Rsp
3.- Identificacion Req/Rsp
4.- Authentication
5.- IMEI Check
10.- Attach Accept
11.- Attach Complete
7.-Cancel Location

30. Procedimiento de Attach
• Resultados después de un procedimiento de
Attach:
• SGSN obtiene los datos del usuario del HLR
• HLR registra el SGSN number del usuario
• SGSN y MS/UE crea un MM context para el
MS/UE
• MS/UE puede solicitar servicios de Session
Management

31. Procedimiento de Autenticación 3G
UE UTRAN SGSN HLR
1. Send Authentication Info
CALCULO AVs2. Send Authentication Info Ack
GUARDA AVs
3. Authentication and Ciphering Req
Verifica AUTN, Calcula
CK, IK
4. Authentication and Ciphering Rsp
(AUTN,RAND)
RES)
Authentication Vector:RAND(Valor Random),IK(Integration Key),CK(Ciphering
Key),AUTN(Authentication Key),XRES(Expressed response)

32. GPRS Location Information
• El Location Information es guardado en diferentes
entidades de la Red GPRS network
MS BSS SGSN HLR
• Cell ID
• RAI
• Cell ID
• Ready
State:Curr
ent
CellID
• Stand by
State:RAI,l
ast known
CellID
SGSN
number
En Red GPRS, SGSN administra la ubicación del MS a nivel de celda,
Cuando MS cambia de celda, este iniciará un cell update procedure

33. UMTS Location Information
• Location Information guarda en diferentes
entidades de la red para la red UMTS
UE RNS SGSN HLR
Cell ID
URA ID
Cell ID • PMM-
connected:RNC-ID
• RNC Addr,RAI,SAI
• PMM-Idle:RAI,SAI
SGSN
number
En Redes UMTS, la administración es implementada por UTRAN, El
concepto de Service Area fue adherido para hacer el servicio mas flexible.
En Radio acceso la concepción de URA optimizó el Mobility Management
RAI
URA ID
SAI

34. Routing Area Update
• El procedimiento de RAU pasará en los sgtes dos
casos:
• MS entra a un nuevo Route Area
• Intra SGSN RAU
• Inter SGSN RAU
• RAU Periódico (después de periódicos timer
expirados)

35. Routing Area Update
SGSN1 SGSN2
Gn
RAI1 RAI2
RAI3 RAI4
UE
Intra SGSN RAU
Inter SGSN RAU

36. Routing Area Update
3G Mobile
Terminal
New SGSN
GGSN
old SGSN
1.RAU Request
2.- SGSN Context Req/Rsp
3.- Security Funcions Req/Rsp
9.- RAU Accept
10.- RAU Complete
7.-Cancel Location
4.- SGSN Context Ack

37. Procedimiento de Detach
• Función
❑ El procedimiento de Detach permite a un MS/UE
informar a la red que este ya no quiere acceder al
SGSN
❑ El procedimiento permite a la red informar al MS
que ya no tiene acceso a los servicios del SGSN
• Las siguientes tres entidades pueden iniciar el
procedimiento de detach:
❑ MS
❑ SGSN
❑ HLR

38. Procedimiento de detach
3G Mobile
Terminal
SGSN
GGSN
MSC/VLR
2.- Delete PDP Context
7.-Cancel Location
3.- IMSI detach Indication
1.- Detach Request
5.- Detach Accept
6.- Release PS Signaling
Connection
4.- GPRS Detach Indication
• MS inicia el
Detach

39. Procedimiento de Detach
• EL MS/UE es detachado explícitamente o
implicatmente
• Detach Explicito: La red o el MS/UE
explícitamente solicitan el detach
• Detach Implicito: La red detacha al MS/UE sin
notificar al MS,un timer dentro de la confiuracion
de red después que el MS/UE alcanza el timer
expirado , o después que un problema de error
de radio causa desconexión del link lógico

40. Session Management
• Función
• Establece y monitorea una conexión túnel de
paquetes desde el MS/UE al GGSN y asigna un
recurso del sistema para el servicio de paquetes
• Antes que el MS/UE pueda transmitir datos, PDP
Context debería ser activado durante la
transmisión de acuerdo a los diferentes
requerimientos de QoS, después que los datos
han finalizado , PDP context será desactivado o
liberado de los recursos de la red

41. PDP Context
• PDP Context:Packet Data Protocol context
• PDP Context contiene toda la información
necesaria para transferir user data entre el MS y
el GGSN
• El context incluye parámetros tales como
RA,QOS(Calidad de Servicio), Charging ID, etc
• PDP Context existe en MS, SGSN, GGSN
SGSNTI, APN,PDP
Addr,IMSI
QoS,NSAPI
SMS Gd
TI, APN,PDP
Addr,Charging
ID,QoS,NSAP
I
UE
GGSNNSAPI,APN,
QoS;SGSN
addr

42. Quality of Service(QoS)
• QoS está definido en UMTS R99
Tipo de
servicio
Conversacion Streamin
g
Interactiv
o
Otros
Características Entidades de Flujo de
servicio tienen
relativity time,BW
garantizado y bajo
delay
Entidades de
flujo de
servicio
tienen
relativity time
Modo
Request &
Response
Destino no
tiene
requerimiento
de delay
Aplicación Voz Video Web
Browsing
Download o
email

43. Access Point Name
• Estructura del APN:APN-NI+APN-OI
unifiee.com.pe.mnc<MNC>.mcc<MCC>.gprs
Operator ID:Extension fija, debe terminar con “.gprs”
Network ID: ID no debe terminar con “.gprs”
APN Network
ID
APN
Operator ID

44. Uso del APN
MS
GGSN1
GGSN3
SGSN GGSN2
DNSAPN
GGSN IP
APN1
APN2
APN3
APN1= GGSN1 IP
APN2=GGSN2 IP
APN3=GGSN3 IP
APN
APN1
APN2
APN3

45. Asignación de Dirección IP
• PS GPRS/UMTS soporta diferentes maneras de
asignación de direcciones Ips
❑ En simple acceso IP, Asignación de IP address al
MS/UE puede ser estatica o dinámica de la IP
❑ Asignación dinámica puede ser hecha por el GGSN o
el GGSN solicita al Servidor AAA por la IP,o asignado
por el servidor DHCP
En acceso móvil IP, Direccion IP local del MS/UE es
asignado por HA, si la IP es una IP privada, un reverso
túnel deberá ser establecido entre el GGSN y el HA

46. MS UTRAN 3G-SGSN 3G-GGSN
1.Activate PDP Context Req
2.Create PDP Context Req
2a.Create PDP Context Rsp
3. Radio Access Bearer Setup
4.Update PDP Context Req
4a.Update PDP Context Rsp
5.Activate PDP Context Accept
Procedimiento PDP Context Activation (3G)

47. Proceso de transmisión de Datos
• Estructura de transmisión de datos UMTS
MS UTRAN SGSN GGSN
Aplicación
Server
Radio
bearer
GTP-U GTP-U
User IPv4 o IPv6
Los Paquetes IP en la capa de aplicación son encapsulados dentro del
paquete GTP, luego transmitidos via UMTS CN y la interface Iu-PS

48. Aplicación típica
• UE navega por internet
NodoB
RNC
SGSN
HLR
Backbone GGSN
Access
Server
Web
server
ISP

49. Aplicación típica
• E-mail desde un móvil a una red fija
NodoB
RNC
SGSN
HLR
Backbone GGSN
Access
Server
Mail
server
ISP
1
2
3

50. Roaming Datos conectado a la red Home
SGSN
HLR
GGSN
BG
BG
SGSN GGSN
ISP
IPSec
Tunnel
Hop-by-hop
Home PLMN(HPLMN)
Visiting PLMN(VPLMN)
Supscription Data
RoamingMS
Supscription Data

51. Roaming Datos conectado al ISP Visitado
SGSN
HLR
GGSN
BG
BG
SGSN GGSN
Visiting
ISP
Home PLMN(HPLMN)
Visiting PLMN(VPLMN)
Supscription Data
RoamingMS
Supscription Data
Home ISP
Radius
Radius

52. Interfaces de GPRS

53. Interfaces de GPRS
Interfaz Gb
El interfaz Gb es el que conecta el SGSN con la
BSS. Es el portador del tráfico GPRS y de la
señalización entre la parte radio de la red GSM
(BSS) y la parte GPRS.
Interfaz Gi
Este interfaz está presente solamente en el GGSN;
es el interfaz mediante el que se accede a las redes
de datos externas y en las especificaciones se
definen los siguientes protocolos: IPv4, IPv6 y X.25.

54. Procedimientos GPRS
Contextos PDP
Para que se pueda llevar a cabo el intercambio de datos
es necesario establecer contextos PDP entre el terminal
móvil y el GGSN, que es el nodo encargado de llevar a
cabo el encaminamiento.

55. Interfaces de GPRS
Interfaz Gn
Se encuentra presente tanto en el GGSN como en
el SGSN, de manera que permite comunicarse a los
SGSNs y GGSNs entre sí mediante el backbone
Intra-PLMN.
En este interfaz se emplea el protocolo GTP (GPRS
Tunnelling Protocol) sobre el backbone basado en
IP, para llevar datos de usuario y señalización.

56. Interfaces de GPRS
Interfaz Gp
Proporciona la misma funcionalidad que el interfaz
Gn, pero también proporciona con el BG y el
Firewall, todas las funciones necesarias en la
conexión Inter-PLMN como, por ejemplo seguridad,
encaminamiento, etc.
También se emplea el protocolo GTP para llevar a
cabo el tunnelling pero en este caso con un GSN
exterior.
Por esto, la pila de protocolos es la misma que en el
interfaz Gn.

57. Interfaces de GPRS
Interfaz Gr
Es el que hay entre el SGSN y el HLR para el
intercambio de señalización.
Permite al SGSN acceder a la información de
abonado que hay en el HLR, el cual puede estar
situado en una PLMN diferente que el SGSN.
Es un interfaz MAP estándar. Su pila de protocolos
está compuesta por MAP, TCAP, SCCP y MTP.
Emplea los enlaces físicos SS7.

58. Interfaces de GPRS
Algunas de las operaciones que soporta este interfaz son:
· Actualización de localización GPRS.
· Inserción de datos de abonado.
· Borrado de datos de abonado.
· Purge MS.
· Cancelación de localización.

59. Protocolos GPRS
GTP: GPRS Tunnelling Protocol

60. Procedimientos GPRS
Envío de CDRs en GPRS

61. Procedimiento GPRS
Flujo CGW

62. Procedimiento GPRS
@
HLR
IMSI 71606017389203
MSISDN 999430094
APN movistar.pe
APN movistar.pe
Pool IP
200.5.60.17
IMSI 71606017389203 OK
MSISDN 999430094
Datos activado OK
APN movistar.pe OK
QoS=1
IP fija (opcional)
movistar.pe.mnc06.mcc716.gprs -> IP GGSN LV1
WAPMMS MTV
IMSI 71606017384584
MSISDN 995656747
APN wap.movistar.pe
S_CDR
G_CDR
IMSI
MSISDN
Tiempo
Kbytes
SGSN address
GGSN Address
IMSI
MSISDN
Tiempo
Kbytes
SGSN address
GGSN Address
IP: 200.5.60.17
Nodo
B
RNC

63. Procedimiento GPRS
@
HLR
APN movistar.pe
Pool IP
200.5.60.17
cn.internet.com.734.01|.gprs -> IP GGSN
China
WAPMMS MTV
IMSI 73401017387672
MSISDN 03288894990
APN cn.internet.com
S_CDR
IMSI
MSISDN
Tiempo
Kbytes
SGSN Address
GGSN Address
IP Address
@
GR
X
China Mobile
APN
cn.internet.com
IP: 203.45.3.74
Roaming Entrante
IP: 203.45.3.74

64. Procedimiento GPRS
@
HLR
APN movistar.pe
Pool IP
200.5.60.17
IMSI 71606017389203 OK
MSISDN 999430094
Datos activado OK
APN movistar.pe OK
QoS=1
IP fija (opcional)
WAPMMS MTV
G_CDRIMSI
MSISDN
Tiempo
Kbytes
SGSN address
GGSN Address
IP Address
IMSI 71606017389203
MSISDN 999430094
APN movistar.pe
IP: 200.5.60.17
HLR
CP
UP
Otro Operador
Roaming Saliente
movistar.pe.mnc06.mcc716.gprs -> IP GGSN Perú LV1

65. SGSN Pool
􀂄 BSC/RNC connects to
more than one SGSN
􀂄 Iu/Gb-Flex capable RAN
nodes selects any
SGSN within a pool area
􀂄 Reduction of signaling
within the core network
is obtained
􀂄 Network level
redundancy becomes
available by load-share
of the SGSN

66. SGSN N+1
BSC connects to more than
one SGSN with different E1
􀂄 SGSN served for the same
BSC is connected by heart
beat link over IP and monitor
each other
􀂄 SGSN served for the same
BSC is connected by
forwarding link over IP and
data is relayed to the active
one
􀂄 Network level redundancy
becomes available by loadshare
of Gb link and
resource share of the SGSN

67. GGSN
Interfaces

68. Estructura Lógica del SGSN

69. GGSN
LPU: line interface processing unit
La LPU provee interfaces físicas hacia los equipos y PDN externos,
tales como
El SGSN, servidor AAA y CGW.
Las interfaces incluyen:
Interface Fast Ethernet (FE, 10/100 Mbit/s)
Interface GigabitEthernet (GE, 1000 Mbits/s)
El GGSN esta configurado con dos LPUs para el interwork con otro
equipo.
Las LPUS son locallizadas enen los slot 1 y slot 2.
EL LPU solo realizan el reenvion de los paquetes. Todos los servicios
de procesamiento Son llevados fuera del SPU.
La tabla de enrrutamiento del LPU es otorgado por el SRU.

70. GGSN
Interconexión

71. GGSN
Módulos

72. GGSN
SRU: switching and routing unit
La SRU recoge las rutas y produce una tabla de enrutamiento de acuerdo a la
topología de la red
y política definida por el usuario. Entonces, la SRU entrega la tabla de
enrutamiento a la LPU y SPU.
La SRU es el agente de operación y mantenimiento del GGSN. Este gestiona el
sistema GGSN9811 a través de los comandos del operador y recoge los
parametros del sistema para el operador.
La SRU es el centro de conmutación de mensajes del GGSN. Este recibe los
paquetes de datos desde la LPU y los procesa basados sobre la información de
control en los paquetes. Entonces, el SRU entrega los paquetes al SPU.
Los paquetes de datos procesados ​​por la SPU se envían a la SRU y luego
reenviados al LPU.

73. GGSN
SPU: service processing unit
La SPU procesa todos los servicios del GGSN. Las funciones incluidas son las de
procesamiento del GTP-U y GTP-C.
El GGSN puede ser configurado con un máximo de tres pares de SPU en los
módulos 3/4, módulo 5/6 y módulo 7/8. Cada par trabaja en modo master/slave.
La capacidad de procesamiento de la SPU determina la capacidad del GGSN.
Las funciones de procesamiento del GTP-U son:
Basados sobre la actividad del PDP Context, los paquetes de datos de una red de
datos pública (PDN) son encapsuladas dentro de un GPRS Tunelling Protocol (GTP).
Los paquetes son enviados hacia el SGSN a través de la LPU después que la
información interfaces y rutas hayan sido agregadas.
Los mensajes del proceso GTP-C son:
• GTP-C signaling
• Charging messages
La SPU también puede ser configurada con el compress service processing card
(CSPC)
para habilitar las funciones complejas tales como content-based charging and IPSec
encryption/decryption.

74. GGSN Pool
SGSN connects to more than one GGSN which provide the same service
SGSN selects any GGSN based on predefined or dynamical rules
Network level redundancy becomes available by load-share of the GGSN

75. GGSN Pool

76. Sistema O&M
􀂄 Local maintenance through the local O&M terminals: This method is
applicable to
original system installation and fault location.
􀂄 Central maintenance through the iManager M2000: This is the main method
for
regular maintenance.
􀂄 Reporting the maintenance information to the SNMP-based network
management system through the SNMP interface: Only alarms and performance
data are reported.