Comunicação M2M – Long Term Evolution

Introdução

Comunicação M2M – Rede LTE – Congestionamento

•Comunicação Máquina a Máquina (M2M)•LTE – (Long Term Evolution)

•Topologia• UE, E-UTRAM, EPC e SERVICES.

•Estrutura de Frame•Bloco de Recursos•Canal de Transporte

•Problema de congestionamento•Pesquisa

Comunicação Máquina a Máquina (M2M)M2M ou Comunicação Máquina-a-Máquina é utilizado para troca de informações entre dispositivos. Motivo de utilização M2M:•tráfego de dados anual cresce ano após ano nos mais variados tipos de atividade.

Espera-se que o tráfego anual em 2020 seja acima dos 120 Exabytes. (UIT)

Para que ocorre este aumento de tráfego, são necessárias tecnologias capazes de suportar este crescimento.Como a demanda por largura de banda aumentara deve-se desenvolver padrões para suprir.

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LTE - (Long Term Evolution)

Long Term Evolution é uma padronização do 3GPP, uma solução móvel para fornecer altas taxas de dados.O LTE é uma continuidade da rede 3G.•Esta tecnologia está programada para fornecer suporte ao tráfego baseado em IP com QoS fim-a-fim •OrthogonalFrequency-Division Multiple Access (OFDMA) •Multiple-Input Multiple-Output (MIMO)

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LTE - (Long Term Evolution)•Cobertura (células variando de 5 a 100Km).•Espectro de funcionamento: 1.25, 2.5, 5, 10, 15 e 20 MHz.

•Compatibilidade com outras tecnologia.

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Long Term Evolution com M2M

A rede não foi projetada para suportar a comunicação Máquina-a-Máquina alguns problemas surgem ao intercalar M2M e LTE.

A 3GPP, órgão responsável pela padronização do LTE, aponta que a sobrecarga e congestionamento ocasionada pelos dispositivos M2M é um dos principais problemas que precisa ser controlado.

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Topologia LTE

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• Dispositivo de acesso do usuário

• E-UTRAN: é composta de uma rede mesh de eNodeBs

• EPC: nele estão contidos os principais elementos da rede.

• Serviços: provê a interligação do LTE com outras redes.

E-UTRAM (Evolved UMTS Terrestrial Radio Access Network)

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• Camadas física (PHY)• Medium Accesss Control (MAC)• Radio Link Control (RLC) • Protocolo de controle de

pacotes de dadosAinda inclui a funcionalidade de compressão decabeçalho, criptografia, gestão de recursos do rádio, controle de admissão, negociação de QoS nouplink e broadcast contendo informações da célula.

EPC (Evolved Packet Core)

•MME (Mobility Management Entity)

•S-GW (Serving Gateway)•P-GW (Packet Data Network

Gateway)•PCRF (Policy and Charging

Resource Function)•HSS (Home Subscriber Server)

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LTE – Estrutura de Frame•Trasmições em frames de 10ms

•Cada frame possui 10 subframes de 1ms

•Um subframe é dividido em slots de 0,5 ms.

•1 Slot é composto por 7 simbolos

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LTE – Bloco de recursos•Os dados são alocados para o UE através dos blocos de recursos

•UE pode ser alocado em vários blocos de recursos

•Scheduling é feita pela eNodeB.

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LTE – Bloco de recursos•Blocos de Recursos (RBs) são formados pelos Recursos Elementares (REs);

•Cada bloco de recurso é composto por 12 subportadoras espaçadas de 15 kHz

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Canal de Transporte – Procedimento RACH Canal de transporte é definido como e onde os dados são trasnmitidos através da rede. Na rede LTE são permitidos dois metodos de acesso:

A. Livre de contenção – Acesso iniciado pela estação eNodeB

B. Baseado em contenção – Acesso iniciado pelo dispositivo

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Canal de Trasnporte – Procedimento RACH

O acesso ao canal Baseado em contenção ocorre nas seguintes situações:

•O dispositivo precisa se registrar na rede.•O dispositivo solicita recursos no canal de uplink para transferência de dado.

•Durante o processo de handover.•Reestabelecimento do link de rádio após uma falha na conexão.

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Canal de Trasnporte – Procedimento RACH

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A. Livre de contenção B. Baseado em contenção

Ocorrem colisões durante o procedimento RACH quando um ou mais dispositivos selecionam o mesmo código de preâmbulo.

Problema: Congestionamento M2M

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O congestionamento ocorre por excesso de transmição de dados na Rede de Acesso e no Núcleo da Rede:

• Rede de Acesso Rádio (RAN): grande quantidade de dispositivos solicitando acesso a rede para ativar\modificar\desativar uma conexão.

• Núcleo da Rede (CN): fluxos excessivo de sinalização ou de dados (oriundos de várias eNB) direcionados a um mesmo elemento do EPC, por exemplo, ao MME ou S-GW.

Problema: Congestionamento M2M

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Projeto de Pesquisa

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Congestionamento na RAN

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Ocorre devido a sobrecarga no canal com solicitações de acesso de dispositivos M2M.Consequências:

•Aumenta a taxa de colisão.•Aumenta a tempo de acesso.•Diminui a probabilidade de acesso.•Impacto sobre dispositivos H2H.

Técnicas de controle congestionamento na RAN

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Algumas soluções propostas pela 3GPP:•MTC Specific Backoff•Access Class Barring (ACB) Scheme•Separate RACH Resource Pull-Based Scheme•Pull-Based Scheme•Slotted-Access •Dynamic Allocation of RACH Resources Scheme

Técnicas de controle congestionamento na RAN

Comunicação M2M – Rede LTE – Congestionamento

Algumas soluções propostas pela 3GPP:•MTC Specific Backoff•Access Class Barring (ACB) Scheme•Separate RACH Resource Pull-Based Scheme•Pull-Based Scheme•Slotted-Access •Dynamic Allocation of RACH Resources Scheme

Dynamic Allocation of RACH Resources Scheme

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Dynamic Allocation of RACH Resources Scheme• Propõem a alocação dinâmica de recursos adicionais para o RACH.

• Alocação varia de acordo com índices de configuração do PRACH.

• Exemplos de configurações do PRACH.• Total de configurações possíveis: 64.

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