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SOLUCIÓN DE RED ÓPTIMA PARA COMUNICACIONES

TRUNKING DE BANDA ANCHA EN MISIONES CRÍTICAS

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SOLUCIÓN DE RED ÓPTIMA PARA COMUNICACIONES TRUNKING DE BANDA ANCHA EN MISIONES CRÍTICAS

© 2019 Hytera Communications Corporation Limited.

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ÍNDICE

INTRODUCCIÓN 3

CÓMO ELEGIR UNA SOLUCIÓN DE RED 4

SOLUCIONES DE RED 6

RED ÓPTIMA PARA TRUNKING DE BANDA ANCHA EN MISIONES CRÍTICAS 9

ANEXO 10

SOLUCIÓN DE RED ÓPTIMA PARA COMUNICACIONES TRUNKING DE BANDA ANCHA EN MISIONES CRÍTICAS 3


INTRODUCCIÓNLas comunicaciones en misiones críticas se utilizan ampliamente en el ámbito de la seguridad pública, los servicios públicos y varias industrias. Es un medio importante que los usuarios usan para comandar las situaciones de emergencia, despachar unidades y responder a las emergencias.

En las comunicaciones en misiones críticas, la función Pulsar-para-hablar (PTT) permite transmitir mensajes clave a una gran cantidad de personas al mismo tiempo a través del sistema trunking, simplemente presionando un botón. La demanda de servicios de datos inalámbricos de banda ancha, video vigilancia de alta definición, y comando y despacho multimedia por trunking digital ha aumentado rápidamente sobre la base de la transmisión por voz tradicional, como consecuencia del rápido desarrollo de las industrias tales como seguridad pública, asuntos gubernamentales, transporte público y energía eléctrica.

LTE (Long Term Evolution) es una evolución de amplio rango del Sistema Universal de Telecomu-nicaciones Móviles (UMTS), que es un estándar técnico defi nido por el Proyecto de Colaboración de Tercera Generación (3GPP). LTE cuenta con

un conjunto de características destacadas, como un amplio ancho de banda, alta velocidad y arquitectura "todo IP", y cuenta con muchos casos de estudio comerciales exitosos y un ecosistema maduro compuesto por el dispositivo, la infraestructura y las instalaciones de red. 3GPP ha respondido activamente a la demanda de los usuarios y ha completado los estándares MCS (incluidas las funciones MCPTT, MCVideo y MCData) en las versiones posteriores a la Versión 13.

En términos generales, la red pública tiene muchas ventajas sobre la red privada en cuanto a la construcción de la red y el desarrollo tecnológico. Una solución viable consiste en construir una red LTE privada para radiocomunicaciones por trunking con costos bajos, cobertura segura, gran fiabilidad y QoS garantizada, mediante la adopción de la cobertura extensa de la red pública y la implementación de estaciones base de una red privada para permitir comunicaciones en misiones críticas y complementar la cobertura de la red cuando la red pública es insuficiente.

LOS SISTEMAS DE COMUNICACIÓN ESTÁN MIGRANDO A LA BANDA ANCHA EN PAÍSES COMO EL REINO UNIDO, COREA DEL SUR Y LOS ESTADOS UNIDOS.



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CÓMO ELEGIR UNA SOLUCIÓN DE REDComo consecuencia de la cambiante demanda de los usuarios y el desarrollo continuo de la tecnología, las redes de comunicaciones en misiones críticas de muchos países están cambiando constantemente de muchas formas:

1. ESTÁN INCORPORANDO NUEVAS ESTACIONES BASE PARA MEJORAR LA COBERTURA.

2. ESTÁN CONSTRUYENDO UNA RED NACIONAL NUEVA Y AVANZADA.

3. ESTÁN ACTUALIZANDO LA RED EXISTENTE PARA SATISFACER LA CRECIENTE DEMANDA DE TRANSMISIÓN DE IMÁGENES,

VIDEOS Y DATOS.

¿Cómo elegir la solución de red óptima para un sistema de comunicaciones en misiones críticas durante la migración a banda ancha? En términos generales, estos factores preocupan a los usuarios de la seguridad y los servicios públicos:

1. SEGURIDAD Y FIABILIDAD DE LA RED

2. COSTO DE LA CONSTRUCCIÓN Y TIEMPO DE ESPERA

3. COSTO DE MANTENIMIENTO

4. FRECUENCIA Y ESPECTRO

Analicemos algunos ejemplos de gran importancia mundial.

Red de servicios de emergencias (ESN) en el Reino Unido; se puede acceder a ESN a través de operadores de redes móviles (MNO). Los usuarios de la red pública y la red privada comparten los recursos de frecuencia de los operadores. La ESN tiene una red central privada e independiente para ofrecer servicios trunking de banda ancha a los usuarios de PMR.

Korea Telecom (KT) y SK Telecom (SKT) en Corea del Sur. KT y SKT han comenzado a implementar una red LTE nacional para las comunicaciones en misiones críticas, adoptando la Banda 28 como frecuencia de la red.

Red de socorristas (FirstNet) en los Estados Unidos. Se planea usar la Banda 14 (700 MHz) de los MNO para ofrecer servicios nacionales trunking de banda ancha.



TIPOS DE RED

* MVNO: Operador de red virtual móvilEl MVNO no es dueño de la red, sino que alquila la red a un proveedor de redes y vende servicios a los consumidores con su propia marca.

Red nueva MVNO*MVNO + Red nueva

Solapamiento

Frecuencia y E-UTRAN Dedicada CompartidaCompartida + Dedicada

Compartida

Red central Dedicada Dedicada Dedicada Compartida

Costo Alto Bajo Medio Muy bajo

Seguridad Muy alta Alta Alta Baja

Tiempo de espera Alto BajoMVNO: BajoRed nueva: Alto

Muy bajo

País de implementación de la red

Corea del Sur Reino UnidoAustraliaNueva Zelanda

N/A



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SOLUCIONES DE RED

1) Red privada pura

La red adopta recursos espectrales privados para implementar estaciones base de LTE, redes centrales y servicios de MCS.

• Segura y muy estable.

• Costo elevado y alto tiempo de espera.

2) Combinación de red pública y privada

En los lugares con cobertura escasa o insuficiente, se pueden implementar estaciones base de redes privadas para ofrecer servicios trunking y una mayor cobertura. PLMN es una red establecida y operada por el gobierno o sus operadores autorizados, con el fin de proporcionar servicios de comunicaciones móviles terrestres al público.

• Muy segura. Sin embargo, habrá menos estabilidad en el área con cobertura de red pública que en las áreas con cobertura de red privada.

• El tiempo de espera para finalizar el proyecto y la inversión dependerán de la cantidad de estaciones base nuevas.

FIGURA 1: TOPOLOGÍA DE LAS REDES PRIVADAS PURAS

RAN LTEdedicada

Red centraldedicada

MCS

RAN LTEdedicada

Red centraldedicada MCS

RAN PLMN Red centralPLMN

FIGURA 2: TOPOLOGÍA DE LA COMBINACIÓN DE RED PÚBLICA Y PRIVADA

1. Red nueva

Una red LTE construida de cero puede funcionar de forma independiente o conectarse a una red pública para extender la cobertura.

*

*PLMN (Red móvil terrestre pública)



1) MVNO compartiendo la RAN

La red LTE es totalmente independiente. Las estaciones base y los recursos espectrales son compartidos por los operadores para reducir el costo de construir redes.

La red central dedicada se debe conectar a todas las estaciones base del MVNO.

Cada vez que un MVNO construye una estación base nueva o mejora sus estaciones base, se deberá proceder a una nueva configuración, lo cual aumentará el costo de mantenimiento.

2) MVNO compartiendo el elemento de red

Los MVNO comparten la MME y SGW, mientras que los servidores HSS, PGW, PCRF y MCS se construyen de cero y son dedicados. Una vez que la RAN del MVNO se actualiza, los servicios MCS estarán habilitados:

El eMBMS (Servicio avanzado de difusión amplia y multidifusión de contenido multimedia) mejora en gran medida el uso del espectro.

La IOPS (Operación E-UTRAN aislada para la seguridad pública) mejora la fiabilidad del sistema.

La QoS garantiza la mayor prioridad, una latencia baja y la velocidad de los datos en los servicios para misiones críticas.

Cada vez que un MVNO construye una estación base nueva o mejora sus estaciones base, se deberá proceder a una nueva configuración, lo cual aumentará el costo de mantenimiento.

FIGURA 4: TOPOLOGÍA CON ELEMENTO DE RED COMPARTIDO

2. MVNO

El MVNO se puede implementar de dos formas: compartiendo la RAN y compartiendo el elemento de red.

FIGURA 3: TOPOLOGÍA CON RAN COMPARTIDA

RANMVNO

Red centralPLMN

MCS

Red centralMVNO

MCSPCRFPGWSGW

MME HSS

RANMVNO



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3. MVNO + Red nueva

El desarrollo de la red debe respetar los protocolos de 3GPP.

La red LTE es totalmente independiente, lo cual garantiza la fiabilidad y seguridad de la red.

Dentro de la cobertura de la red privada LTE, el EPC privado brinda acceso a las terminales. Los servicios de trunking se ofrecen mediante la adopción de 2/3/4G de la red pública, para extender la cobertura de la red LTE.

La implementación de la red solo requiere conexión Rx, que es muy pertinente para conectar varios operadores de redes públicas y facilita las operaciones y el mantenimiento futuros.

4. Solapamiento

Esta solución se basa por completo en la existencia de una red pública y ofrece poca fiabilidad y estabilidad, por lo que no es una opción óptima para los usuarios de comunicaciones en misiones críticas.

Resumen

La adopción de una combinación de redes LTE públicas y privadas puede dar lugar a una red LTE privada para radiocomunicaciones por trunking menos costosas, con mayor cobertura y menos tiempo de espera.

FIGURA 5: TOPOLOGÍA CON MVNO + RED NUEVA

FIGURA 6: TOPOLOGÍA CON SOLAPAMIENTO

RAN LTE dedicada

MCS

S/PGWPCRFS/PGW PCRF

MME MMEHSS HSS

RANMVNO

RAN LTEdedicada

Red centraldedicada

MCS



FIGURA 7: TOPOLOGÍA CON MVNO + RED LTE PRIVADA

• El MVNO ofrece una amplia cobertura y usa de forma eficiente los recursos existentes de la red para evitar el costo de construir una red y acelerar la implementación de un sistema de red privada.

• Se deben implementar redes privadas en áreas importantes o áreas con poca cobertura del MVNO.

• La red central trunking de banda ancha independiente es invisible para el MVNO. Se operan y mantienen dos redes centrales por separado.

• Las identificaciones y los datos de los usuarios de la red privada se almacenan en el sistema de la red privada para garantizar la seguridad de los datos.

• El sistema trunking de banda ancha puede ofrecer QoS para garantizar la fiabilidad.

RED ÓPTIMA PARA TRUNKING DE BANDA ANCHA EN MISIONES CRÍTICAS

RAN LTE dedicada

eNB

AS de gestión grupal

AS de gestión de configuración

AS de gestión de identidad

AS de gestión clave

Usuario de MCPTTBase de datos

AS de control de video/datos por MCPTT

AS de participación de video/datos por MCPTT

RAN MVNO

BS/NB/eNB

Servidor MCS

Comando y despacho

Grabación de voz/video GISSistema OAM

PCRF

S5/S8

S5/S8

GGSN/PGW

S6a

S6aGn/Gp

Gn/Gp

Gb/lu

SGSN MME MME

HSS PGW PCRF

IMSSGi

ISC

RxGx

SGWSGW

S1-MMES1-MMES1-U S1-U

Gr

Gx

Aplicación

Red central

RAN

Rx



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Elemento Función

MVNO

MME(entidad de gestión de la movilidad)

• Seguridad y señalización NAS• Gestión de la lista de áreas de seguimiento• Selección de PDN GW y servidor de GW• Selección de MME para traspaso con cambio de MME• Roaming (S6a hacia HSS doméstico)• Autenticación• Funciones de gestión de la portadora, incluido el establecimiento de una

portadora dedicada y de una portadora de eMBMS

HSS/HLR(servidor de suscripción doméstica)/(registro de ubicación doméstica)

HSS:• Gestión de datos de suscripción• Gestión de la ubicación• Autenticación• Recuperación de fallasHLR:• El registro de ubicación doméstica es una base de datos responsable de

gestionar los usuarios móviles. Almacena y registra los datos de suscripción de los usuarios del área bajo su jurisdicción de forma permanente, y actualiza la información sobre la ubicación de los usuarios de forma dinámica, con el fin de brindar el enrutamiento de la red de los usuarios que reciben llamadas dentro del servicio de llamadas.

SGW(servidor de puerta de enlace)

• Punto de apoyo de la movilidad local, para el traspaso entre eNodeB • Almacenamiento temporal de paquetes en enlace descendente en modo

ECM-IDLE e inicio de un procedimiento de solicitud de servicio impulsado por la red, y diferenciación en la política de contacto opcional

• Enrutamiento y reenvío de paquetes • Marcado de paquetes al nivel del transporte en enlace ascendente y enlace

descendente; ej. establecer el punto de código DiffServ basado en QCI y, de manera opcional, el nivel de prioridad ARP de la portadora del EPS asociada.

PGW(puerta de enlace de PDN)

• Asignación de direcciones IP a los UE • Marcado de paquetes al nivel del transporte en enlace ascendente y enlace

descendente; ej. establecer el punto de código DiffServ basado en QCI y, de manera opcional, el nivel de prioridad ARP de la portadora del EPS asociada

• Control de entrada del nivel de servicio UL y DL, como se define en TS 23.203• Implementación de la tasa del nivel de servicio UL y DL, como se define en TS

23.203 (ej., mediante el establecimiento de políticas y estructuras de tasas, según SDF)

• Implementación de la tasa de UL y DL basada en APN-AMBR (ej. mediante el establecimiento de políticas y estructuras por acumulación de tráfico de todos los SDF de la misma APN asociada al QCI sin GBR)

• Implementación de la tasa de DL en las MBR acumuladas de los SDF agregados con el mismo QCI con GBR (ej., mediante el establecimiento de políticas y estructuras de tasas)

ANEXO



Elemento Función

MVNO

SGSN

(nodo de soporte del servicio GPRS)

El SGSN, como componente importante del equipo de dominio del paquete en la red central GPRS/WCDMA (TD-SCDMA) de comunicaciones móviles, tiene las siguientes funciones: enrutamiento de paquetes, gestión de la movilidad, gestión de la sesión, gestión de enlaces lógicos, autenticación y cifrado, generación de facturas y rendimiento.

GGSN

(nodo de soporte de la puerta de enlace GPRS)

La puerta de enlace GSN se utiliza, principalmente, como puerta de enlace. Puede conectarse con muchas redes de datos diferentes, como ISDN, PSPDN y LAN.

PCRF

(función de política y reglas de cargas)

La PCRF es el elemento de política y control de cargas. Funciona tal como se describe en TS 23.203.

En situaciones sin roaming, hay una sola PCRF en la HPLMN asociada con una sesión de IP-CAN del UE. La PCRF finaliza la interfaz Rx y la interfaz Gx.

Red LTE privada

MME

(entidad de gestión de la movilidad)

Coincide con la sección de MME anterior.

HSS

(servidor de suscripción doméstica)

Coincide con la sección de HSS anterior.

SGW

(servidor de puerta de enlace)Coincide con la sección de SGW anterior.

PGW (puerta de enlace PDN) Coincide con la sección de PGW anterior.

PCRF (función de política y reglas de cargas) Coincide con la sección de PCRF anterior.

Servidor MCS

GMS

(servidor de gestión grupal)

La entidad funcional del servidor de gestión grupal permite la gestión de grupos dentro del proveedor de servicio MCS.

La entidad funcional del servidor de gestión grupal es admitida por el SIP AS y las entidades funcionales del servidor HTTP del plano de control de señalización.

CMS

(servidor de gestión de configuración)

El servidor de gestión de configuración es una entidad funcional utilizada para configurar la aplicación MCS con información relacionada del servicio MCS de gestión no grupal y datos de configuración del cliente de gestión de configuración. El servidor de gestión de configuración gestiona la configuración del servicio del MCS admitida por el proveedor de servicio del MCS.

La entidad funcional del servidor de gestión de configuración es admitida por el SIP AS y las entidades funcionales del servidor HTTP del plano de control de señalización.



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Elemento Función

Servidor MCS

IDMS(servidor de gestión de identidad)

El servidor de gestión de identidad es una entidad funcional capaz de autenticar la ID de MC. Posee el conocimiento y los medios para la autenticación, por medio de la verificación de las credenciales proporcionadas por el usuario.

KMS(AS de gestión clave)

Gestiona y almacena la información clave de cifrado.

Base de datos de usuarios de MCPTT

Administra la información de registro de los usuarios.

AS de control

• Control de llamadas (ej. implementación de políticas para la participación en las llamadas grupales por MCPTT) de todos los usuarios de la función MCPTT para llamadas grupales o privadas.

• Interfaz con el servidor de gestión grupal para obtener información del estado de afiliación y de la política grupal de los usuarios afiliados a este servidor de MCPTT.

• Gestión de la entidad de control de acceso en llamadas grupales y privadas.• Gestión de la entidad de uso de medios en llamadas (ej., conferencias,

transcodificación).

AS de participación

• Control de llamadas (ej. autorización para participar en las llamadas grupales por MCPTT) de todos los usuarios de la función MCPTT para llamadas grupales o privadas.

• Soporte de afiliación grupal para el usuario de MCPTT, lo cual incluye el límite máximo de N2 afiliaciones simultáneas a grupos por parte de un usuario.

• Transmisión de mensajes de control de la llamada y control de acceso entre el cliente de MCPTT y el servidor MCPTT que desempeña el papel de control.

• Gestión de medios en la llamada para los usuarios MCPTT; ej. transcodificación, grabación, intercepción legal de medios de unidifusión y multidifusión.

Estos son los puntos de referencia de la interfaz de la red incluidos en la figura:

S1-MME: Punto de referencia del protocolo del plano de control entre E-UTRAN y MME.

S1-U: Punto de referencia del canal del plano del usuario para cada portadora entre E-UTRAN y S-GW.

S6a: Con el fin de autenticar y confirmar el sistema de mejora de acceso del usuario, los datos de verificación son transmitidos entre MME y HSS.

S5/S8: Interfaz entre S-GW y P-GW en la red. La interfaz debe ofrecer la función de reubicación de S-GW durante la movilidad del usuario, en el caso de S-GW y P-GW.S11: Punto de referencia entre MME y S-GW.

SGi: Punto de referencia entre P-GW y la red de datos del paquete. La red de datos del paquete puede ser una red de datos externa pública o privada, o una red de datos del paquete interna, como el servidor IMS. Este nodo de referencia es similar al nodo Gi de la red de acceso de 3GPP.

SGs: SGs es la interfaz entre MME y MSC/VLR. Se usa para la gestión de la movilidad (MM) y los procedimientos de contacto entre los EPS (servicios de paquetes mejorados) y el dominio de CS (conmutación de circuitos).

Gb/lu: La interfaz Gb de GSM conecta BSS y SGSN. Indica que la red admite GPRS

2.5GGn/Gp: Gn es la interfaz entre GGSN y SGSN. El protocolo de la interfaz admite la gestión de la movilidad (MM) y la transmisión de datos del usuario y señalización. La interfaz Gn usa el protocolo TCP/IP.

Gs: SGSN se coordina con MSC a través de la interfaz Gs para admitir la gestión de la movilidad de MS, que incluye la actualización de conexión/desconexión combinada y RA/LA combinada.

Gx: Esta interfaz es utilizada por P-GW para la comunicación con la función de política y reglas de cargas (PCRF) para gestionar las normas de la política y reglas de cargas (PCC). Estas reglas contienen información relacionada con las cargas y parámetros de calidad del servicio (QoS) que se usarán en el establecimiento de la portadora. La interfaz Gx utiliza el protocolo de diámetro.

ISC: La interfaz de control del servicio multimedia por IP permite la separación total entre el plano del usuario y el plano de control.

Rx: El nodo Rx se encuentra entre AF y PCRF.

Hytera México

Hytera Colombia

Hytera Perú

Av. Ejercito Nacional No. 926 - Col. Los Morales Las Palmas, 1er piso,Oficina 101, Ciudad de México 11550, MexicoTeléfono: +52(55)5254 1113Correo electrónico: [email protected]

Cra 9 # 115 - 06, Edificio Tierra Firme, Of. 1003, Bogotá, CP: 110111, ColombiaTeléfono: +57(1)7434374Correo electrónico: [email protected]

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