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Analisis de las alternativas de funcionamiento de la red LTE para la entrega de servicios de IPTV con QoS.

Analysis of operating alternatives of LTE network for delivery of IPTV services with QoS

1. Introduccion

La evolucion de la tecnologia de las redes moviles hacia redes de banda ancha LTE busca incrementar la capacidad de la red, hacer mas eficiente el uso de los recursos ofrecidos por las redes moviles, disminuir el retardo y aumentar la velocidad de transmision de datos en el enlace ascendente (UL, uplink) y en el enlace descendente (DL, dowlink) [2] [11]. Estas mejoras estan orientadas a satisfacer los requisitos de nuevos servicios y aplicaciones como lo es Mobile IPTV.

El servicio de Mobile IPTV es uno de los mas exigentes en terminos de consumo de recursos de red, puesto que requiere de una red de alta velocidad, baja tasa de error y bajo retardo para permitir la reproduccion en tiempo real del contenido seleccionado por el usuario[10]. De este modo, cuando la implementacion del servicio se realiza sobre la red LTE, los operadores deben ofrecer los recursos necesarios para satisfacer los requisitos de QoS demandados por este servicio. Por tanto, en este articulo se realiza el analisis de las alternativas de funcionamiento que ofrecen este tipo de tecnologias para la entrega de servicios de IPTV con QoS en dos escenarios: el primero corresponde al uso de un servicio basico de IPTV y el segundo a un servicio de VoD. Dichos escenarios utilizan diferentes configuraciones de los parametros de QoS que ofrece la red LTE para la prestacion de estos servicios de IPTV y se basan en la arquitectura funcional propuesta en [8].

Este articulo esta organizado de la siguiente manera: en la Seccion 1 se encuentran los trabajos relacionados con la tematica tratada en esta investigacion; en la Seccion 2 se muestra la arquitectura funcional detallada sobre la cual se orienta el analisis realizado en este trabajo; seguidamente, en la Seccion 3 se analizan las alternativas de funcionamiento de la red LTE para la entrega de servicios de IPTV en los escenarios propuestos; por ultimo, se presentan las conclusiones obtenidas con el desarrollo de este trabajo de investigacion.

2. Antecedentes

Entre los trabajos relacionados con esta investigacion se pueden citar inicialmente a [6], donde los autores realizan el analisis de la arquitectura propuesta en [5] para el despliegue de servicios de IPTV sobre Redes de Nueva Generacion (NGN, NextGeneration Network), basada en Subsistema Multimedia IP (IMS, IP Multimedia Subsystem) [15] como componente esencial para el control de las sesiones, el lanzamiento del servicio y los mecanismos autenticacion, autorizacion y contabilidad (AAA, Authentication, Authorization, and Accounting), asi como para la aplicacion de politicas, control de admision y gestion de recursos.

En [12] se realiza un estudio de la senalizacion para la prestacion de servicios de video sobre redes LTE integrando el IMS junto al servicio de MBMS (Multimedia Broadcast Multicast Service)[16]. El IMS se implementa para controlar las sesiones, proporcionar la admision a la red y el control de politicas, mientras que el MBMS se utiliza para la entrega de contenido multimedia a traves de portadoras de multidifusion y difusion a multiples usuarios dentro de la misma zona de cobertura[12]. Del mismo modo, en [7], mediante un analisis y experimentacion, se muestran las opciones de configuracion de la red para el servicio E-MBMS (Enhanced MBMS), streaming de video y comparticion de archivos. En [7] se obtuvo que la formacion de un area de frecuencia unica (MBSFN) de gran tamano para la entrega del servicio de streaming de video permite el empleo de esquemas de modulacion y codificacion de nivel superior, pero implica mas canales de streaming por area MBSFN.

Por su parte, los autores de [1] proponen una arquitectura sobre la red LTE para aplicaciones de video vigilancia movil usando el nucleo de paquetes (EPC, Evolved Packet Core) para garantizar QoS. Los componentes clave de esta arquitectura propuesta son la plataforma de desarrollo de servicios (SDP, Service Development Platform) usada en el desarrollo y gestion de las aplicaciones de video vigilancia movil con QoS, y la pasarela M2M (Machine to Machine), para la interaccion con los dispositivos M2M, tales como detectores de movimiento y camaras. En esta arquitectura el SDP actua directamente con el PCRF (Policy and Charging Rule Function) para la asignacion de politicas de calidad y reserva de recursos en la red LTE. En [3] se describen los conceptos clave de la arquitectura PCC (Policy and Charging Control) y se explica en detalle su interaccion con el EPC de la red LTE para aplicar las politicas de QoS mediante reglas PCC.

Cabe senalar que los trabajos relacionados, a pesar de que analizan la entrega de servicios de IPTV usando IMS, MBMS o PCC, no estudian los parametros de QoS de la red LTE para soportar este servicio. Asi, esta investigacion se diferencia de dichos trabajos, puesto aqui se realiza el analisis de las alternativas de funcionamiento de la red LTE para la entrega de servicios de Mobile IPTV con QoS, basandose en la arquitectura funcional propuesta en [8].

[FIGURA 1 OMITIR]

3. Arquitectura funcional para la entrega de servicios de IPTV sobre redes LTE

Las caracteristicas tecnicas de la red LTE mejoran la capacidad de las redes moviles para satisfacer los requisitos de calidad de servicios exigentes en consumo de recursos como lo es IPTV[11]. La arquitectura funcional para la implementacion de IPTV sobre redes LTE/LTE-A esta orientada a garantizar la calidad de los contenidos entregados a los usuarios y la adecuada gestion del servicio[8]. En la Figura 1 se presenta la arquitectura funcional detallada para la implementacion del servicio de IPTV sobre redes LTE/LTE-A [8]. La arquitectura se basa en capas (aplicaciones, control, transporte, acceso, gestion, proveedor de contenidos y equipos de usuario), cada una de las cuales cumplen con funciones bien definidas y ofrecen servicios entre si. Para obtener una descripcion detallada de la funcionalidad que desempena cada uno de los componentes de la arquitectura se puede revisar [8].

4. Analisis de las alternativas de funcionamiento de la red LTE para la entrega de servicios de IPTV con QoS

Con el fin de realizar el analisis de las alternativas de funcionamiento de la red LTE para la implementacion del servicio de IPTV con QoS se han planteado dos escenarios: el primero corresponde al uso de un servicio basico de IPTV y el segundo a un servicio de VoD. Dichos escenarios utilizan diferentes configuraciones de los parametros de QoS que ofrece la red LTE para la prestacion de estos servicios de IPTV, por lo cual son idoneos para cumplir con este objetivo de la investigacion. En este analisis se utilizaron diagramas de secuencia donde se muestra la intervencion de las entidades funcionales mostradas en la arquitectura de la Figura 1.

Cabe senalar que el analisis asume que el usuario ya se encuentra conectado a la red LTE, por lo cual este aspecto no sera descrito en detalle en el presente analisis y se inicia desde que el usuario hace la peticion del servicio de IPTV que desea.

4.1 Analisis de la entrega de un servicio basico de IPTV sobre la red LTE con QoS

El servicio de IPTV basico puede ser un servicio de television radiodifundida, en el cual una misma senal es recibida por multiples usuarios autorizados para acceder a los contenidos. En este caso la red LTE forma un unico canal de transmision usando el subsistema MBMS para formar una MBSFN [13][16]. Este canal se conoce como servicio portador MBMS al cual la red LTE garantiza la QoS requerida por el servicio de IPTV y al que todos los usuarios del grupo de multidifusion van a unirse [12]. El diagrama de secuencia para la prestacion del servicio de IPTV de difusion con QoS en la red LTE se muestra en la Figura 2. A continuacion se describen los pasos mostrados en la Figura 2:

(1) Conexion y registro a la red LTE: es el primer paso que un usuario debe realizar para recibir los servi cios de IPTV. Este proceso usualmente se lleva a cabo cuando se enciende el equipo de usuario y se detecta la presencia de la red LTE. Despues de un proceso de autenticacion del usuario, se establece una conexion PDN (Packet Data Network) con la activacion del servicio portador EPS (Evolved Packet System) por defecto, con lo cual, el usuario dispone de un servicio de conectividad IP operativo (always-on) [17].

(2), (3) Registro en el sistema IMS: despues de que el usuario se haya conectado y registrado en la red LTE mediante la interfaz Gm, debe hacer la solicitud de registro al P-CSCF (Proxy-CallSession Control Funtion) del IMS para que pueda acceder a los servicios de IPTV. Una vez recibida esta solicitud, el ICSCF (Interrogating-CSCF) por medio de la interfaz Cx se comunica con la base de datos de suscriptores HSS (Home Subscription Server) para autenticar al usuario y cargar el perfil de suscripcion a los servicios de IPTV [5][6]. Si el registro del usuario en el sistema IMS es exitoso, se le informa al usuario y se procede con los siguientes pasos. En este proceso se usa el Protocolo de Inicio de Sesion (SIP, Session Iniciation Protocol) para la interfaz Gm y el protocolo Diameter para la interfaz Cx.

4), (5) Descubrimiento y seleccion del servicio: posterior al registro del usuario en el sistema IMS el servidor de aplicaciones de IPTV, encargado del descubrimiento (SDF, Service Discovery Function), seleccion (SSF, Service Selection Function) y control (SCF, Service Control Function) del servicio, recibe desde el S-CSCF (Serving-CSCF) la confirmacion del registro [5][6]. Con esta notificacion el servidor de aplicaciones de IPTV consulta al HSS, por la interfaz Sh, el perfil de suscripcion a los servicios de IPTV y preferencias del usuario para conformar y enviar al UE (User Equipment) una interfaz grafica (GUI), generalmente una pagina en HTML (Hyper Text Markup Language), con la lista de los servicios de IPTV que tiene disponibles segun lo contratado con el proveedor del servicio [6]. El usuario en su UE selecciona desde la GUI el servicio de IPTV deseado enviando una solicitud del servicio, la cual es respondida por el servidor de aplicaciones de IPTV con la informacion sobre el escogido. La interaccion entre el servidor de aplicaciones de IPTV y el UE se realiza con el protocolo HTTPS (HiperText Transfer Protocol Secure) en la interfaz Xt [5].

[FIGURA 2 OMITIR]

(6) Informacion sobre el servicio seleccionado: mediante este anuncio se entrega al UE los parametros que son necesarios para la activacion del servicio de IPTV seleccionado [5]. Como se trata un servicio de radiodifusion de IPTV, la informacion que se entrega al UE corresponde a la direccion IP del grupo de multidifusion al cual el UE debe unirse para recibir los contenidos deseados.

(7) Informacion del servicio: despues de la seleccion del servicio de IPTV, por medio de la interfaz Rx, el P-CSCF (que conoce las caracteristicas del servicio que se va cursar) envia una notificacion al PCRF para el establecimiento de las politicas de control de QoS de este servicio (reglas PCC) [3].

(8) Decision de reglas PCC: el PCRF define cuales son las reglas apropiadas para garantizar el comportamiento de QoS al servicio de IPTV seleccionado por el usuario, basandose en la configuracion que el operador haya establecido para soportar los paquetes IP asociados al flujo de datos de IPTV [3]

[6]. Las reglas PCC definen la configuracion de los parametros de QoS (QCI, ARP, GBR y MBR) para soportar el servicio de radiodifusion de IPTV [14]. Como alternativas a la implementacion del servicio de radiodifusion de IPTV en la red LTE se tienen las siguientes coniguraciones de los parametros de QoS:

* Asignacion y Retenaon de Prioridad (ARP, Allocation and Retention Priority): dado que en el servicio de IPTV se necesitan garantizar determinados recursos para satisfacer los requisitos de desempeno de QoS, se recomienda que el parametro ARP sea conigurado con valores entre cinco y ocho, en aras de mantener los recursos asignados por la red LTE. Valores muy bajos en ARP ocasionaran que en situaciones de congestion se liberen los recursos ocupados por las transmisiones del servicio de IPTV, lo cual se traduce en la degradacion de la calidad de los contenidos entregados a los usuarios y, en el peor de los casos, la desconexion del servicio.

* GBR Tasa de Bits Garantizada (GBR, Guaranteed Bit Rate): debido a que se propone la utilizacion del subsistema MBMS para la entrega del servicio de radiodifusion de IPTV, entonces solo es posible usar portadoras GBR [17]. La configuracion de una regla PCC de tasa de bits garantizada, considera que la red LTE esta reservando los recursos de velocidad de transmision para la prestacion del servicio de IPTV. Para determinar el valor de GBR se debe tener en cuenta la calidad de los contenidos del servicio de IPTV, es decir, si se trata de un servicio en deinicion estandar (SD, Standard Definition) o alta definicion (HD, High Definition). Con el valor GBR adecuado se contribuye a garantizar que la tasa de perdida de paquetes este dentro de los limites establecidos para ofrecer QoS, puesto que se evita el descarte de paquetes en situaciones de congestion [4]. No obstante, cuando la red LTE no pueda ofrecer la tasa de bits solicitada por esta coniguracion, es posible que el usuario no pueda acceder a los servicios, puesto que debe pasar por el proceso de control de admision [4].

* Tasa de Bits Maxima (MBR, Maximum Bit Rate): en el subsistema MBMS, la entidad BM-SC es la encargada de asegurar que la tasa de bits no sea mas alta que la MBR [16].

* Identificador de la Clase de QoS (QCI, QoS Class Identifier): al usar la configuracion GBR el valor de QCI recomendado segun [14] para ofrecer QoS al servicio de IPTV es cuatro. En la Tabla 1 se presentan las alternativas de coniguracion de los parametros de QoS que el operador puede conigurar en las reglas PCC para la entrega de servicios basicos de IPTV con QoS. En la Tabla 1 tambien se considero la coniguracion de los parametros de QoS fijados en[8].

(9) Modificacion de la sesion IP-CAN: con las reglas PCC identiicadas para el servicio de IPTV de radiodifusion, es necesario modiicar la sesion IPCAN para la conformacion de los SDF en los portadores del servicio EPS. Con el in de realizar este proceso, el PCRF, por la interfaz Gx, le comunica al PCEF (Policy and Charging Enforcement Function) ubicado en la pasarela PDN-GW la configuracion de QoS que debe aplicar para soportar la entrega de los flujos de datos de IPTV [14].

(10) Activacion del servido portador MBMS: este procedimiento habilita la recepcion de los flujos de datos del servicio de IPTV de radiodifusion a traves de un servicio portador MBMS especifico, el cual sera recibido simultaneamente por un grupo de usuarios [12]. En la Figura 3 se presentan los pasos para la activacion del servicio portador MBMS y se describen a continuacion [16]:

(10.1) Solicitud de creacion del servido portador MBMS: el PDN-GW realiza la solicitud al BM-SC (Broadcast/ Multicast Service Center) para la creacion del servicio portador MBMS que sera utilizado para la entrega del servicio de IPTV de radiodifusion solicitado por el UE. El mensaje de activacion contiene los parametros de QoS derivados de las reglas PCC (QCI, ARP, GBR y MBR), definidas para el servicio de radiodifusion, junto con el descriptor de trafico TFT (Traffic Flow Template), derivado de los filtros de paquetes contenidos en las reglas PCC.

(10.2) Solicitud de inicio de sesion: con la informacion recibida desde el PDN-GW, el BM-SC envia un mensaje Session Start Request a la pasarela MBMS GW para indicar el inicio inminente de la transmision de los flujos de paquetes IP asociados al servicio de IPTV. En este mensaje tambien se envian los atributos a la sesion como: TMGI, identificador de flujo, QoS, area de servicio MBMS, identificador de sesion, duracion estimada de la sesion, la lista de los nodos del plano de control MBMS (MME) para la pasarela MBMS-GW, el tiempo de transferencia de datos MBMS, el inicio de la transferencia de datos MBMS, el indicador de acceso, entre otros. Para enviar el mensaje Session Start Request el BM-SC usa la interfaz SGmb.

[FIGURA 3 OMITIR]

(10.3) Respuesta al inicio de sesion: la pasarela MBMSGW mediante un mensaje Session Start Response responde al BM-SC con la informacion para el envio de los flujos de datos MBMS asociados al servicio de IPTV. Esta respuesta se hace por la interfaz SGmb.

(10.4) Solicitud de inicio de sesion: el MBMS-GW crea un contexto de portador MBMS, almacena los atributos de la sesion y la lista de nodos del plano de control MBMS en el contexto, y asigna una red de transporte IP multicast y un C-TEID para esta sesion. La pasarela MBMS-GW, por la interfaz Sm, envia a la entidad MME (Mobility Management Entity) un mensaje Session Start Request con los atributos de la sesion.

(10.5) Solicitud de inicio de sesion: la entidad MME crea un contexto de portador MBMS, almacena los atributos de la sesion y envia un mensaje Session Start Request con los atributos de sesion a la red E-UTRAN (Evolved Universal Terrestrial Radio Access Network). Cuando la entidad MME se conecta a multiples MCE (Multi-cell/multicast Coordinating Entity), debe enviar el mensaje de control de sesion (Session Control) unicamente a las MCE del area de servicio MBMS. El mensaje Session Start Request se envia por la interfaz M3. En este paso, el eNB (envolved Node B) mapea los parametros de QoS del servicio portador MBMS a los del servicio portador radio (RB, Radio Bearer) asociado y envia un mensaje RRC (Radio Resource Control) para reconfigurar los parametros de la interfaz radio en el UE. Tambien se establece el plano de usuario entre el eNB y la pasarela S-GW para el UL.

(10.6) Respuesta al inicio de sesion: la red E-UTRAN crea un contexto de portador MBMS, almacena los atributos de la sesion y responde al MME con un mensaje Session Start Response para confirmar la recepcion del mensaje Session Start Request usando la interfaz M3. Ademas, la red E-UTRAN establece el plano de usuario entre el eNB y la pasarela S-GW con la configuracion de QoS, en este caso para el DL.

(10.7) Respuesta al inicio de sesion: la entidad MME almacena los atributos de la sesion y el identificador de los eNBs/RNC que conformaran el DL para el contexto de portador MBMS. La entidad MME responde a la pasarela MBMS-GW con un mensaje Session Start Response tan pronto como la solicitud de inicio de sesion sea aceptada por un eNB. Esta respuesta se hace por la interfaz Sm.

(10.8) Configuracion de los recursos RAN: la red EUTRAN establece los recursos de radio necesarios para la transferencia de datos del servicio de IPTV de radiodifusion a los UE interesados. Para la red E-UTRAN la configuracion de los recursos de radio se programan usando el parametro de inicio de transferencia de datos MBMS si esta presente, de lo contrario, se utiliza el parametro de tiempo de transferencia de datos del servicio de IPTV.

(10.9) Union IP multicast: si el nodo E-UTRAN acepta la distribucion IP multicast, este nodo se une a la red de transporte IP multicast asignada por la pasarela MBMS-GW, para permitir la recepcion de datos del servicio de IPTV.

(11) Respuesta a la modificacion de la sesion IP-CAN: dado que la activacion del servicio portador EPS MBMS se inicio a partir del envio de reglas PCC desde el PCRF, la pasarela PDN-GW notifica a la entidad PCRF el resultado de la activacion, con lo cual, ya se puede dar continuidad a la entrega del servicio de radiodifusion de IPTV solicitado por el usuario.

(12), (13) Notificacion a la plataforma de servicios: en caso de que el nucleo IMS hubiera solicitado la notificacion del evento asociado al establecimiento del servicio MBMS, la entidad PCRF genera el aviso correspondiente [15][16].

(14) Establecimiento de la sesion con el nucleo IMS: con los recursos de la red LTE dispuestos para la entrega del servicio IPTV con QoS, se termina de establecer la sesion con el nucleo IMS mediante el intercambio de mensajes SIP por la interfaz Gm. Tambien, el nucleo IMS puede iniciar el proceso de reserva de recursos que son requeridos para los flujos de IPTV segun las capacidades del UE [6].

(15) Iniciacion de la entrega del servicio: despues que se recibe la notificacion de inicio de sesion, el SCP, a traves del nucleo IMS, controla el inicio de la entrega de los contenidos de IPTV seleccionados por el usuario [6]. Esta notificacion se realiza usando la interfaz y2.

(16), (17) Controly entrega del servicio: el usuario ahora puede acceder al servicio de IPTV de radiodi fusion desde su dispositivo. Por la interfaz Xd (entre el UE y el servidor de MDF) el UE recibe los flujos de paquetes del servicio de IPTV transportados por los protocolos RTP (Real-time Transport Protocol) y RTCP (RTP Control Protocol) [6]. Cabe senalar que al usar MBMS para la entrega del servicio de IPTV de radiodifusion, los contenidos pasan a traves del BM-SC y MBMS-GW los cuales conforman el contexto del portador MBMS [16]. En cuanto a las posibilidades de control que tiene el usuario sobre el servicio de IPTV de radiodifusion, mediante la interfaz Xc (entre el UE y el servidor de MCF) que implementa el protocolo RTSP, el usuario puede iniciar, parar o detener la reproduccion de los contenidos.

(18) Desconexion y liberacion de recursos este ultimo paso corresponde a la desconexion del usuario del servicio de IPTV de radiodifusion. De este modo, el UE dejara de recibir el flujo de paquetes del servicio, por lo cual, los recursos asignados al servicio portador MBMS, son liberados y todas las sesiones establecidas se cierran.

Se debe tener en cuenta que cuando el usuario cambia de canal entre los que tiene autorizados segun su perfil de suscripcion, el proceso se inicia desde el paso (4) puesto que no es necesario pasar por la fase de registro de usuario.

4.2 Analisis de la entrega de un servicio mejorado de IPTV sobre la red LTE con QoS

El servicio de IPTV de VoD hace parte de los servicios mejorados definidos por la UIT y permite a un usuario acceder de forma personalizada al contenido que desea ver, usando un canal dedicado. Al igual que el servicio de IPTV de radiodifusion, en el servicio de VoD los contenidos pueden estar en formato de HD o SD. En el servicio de VoD el usuario esta en la capacidad de avanzar, retroceder, pausar y reproducir el video cuando este lo requiera, usando la interfaz Xc. Para la prestacion de este tipo de servicio, en la red LTE se establecen igual numero de conexiones que el numero de usuarios que accedan el servicio de VoD.

La red LTE debe garantizar a cada una de las conexiones los parametros de desempeno minimos para una entrega de los contenidos con QoS; por ello, el numero de usuarios del servicio de VoD que puede atender una celda de la red LTE, es menor que los soportados en el servicio de IPTV de radiodifusion. En el servicio de VoD se activa un servicio portador dedicado por cada usuario conectado al servicio, por lo cual se incrementa la demanda de los recursos de la red para mantener la entrega de paquetes IP con QoS [4].

En cuanto a la configuracion de las reglas PCC para ofrecer QoS a los flujos de paquetes del servicio de VoD, tambien se puede usar la configuracion propuesta en la Tabla 1 para cada una de las conexiones establecidas. Sin embargo, dicha configuracion demanda mas recursos de la red LTE al tener que garantizar la tasa de bits. Como otra alternativa de configuracion de QoS para el servicio de VoD se tiene la siguiente:

* non-GBR al configurar la regla PCC con el parametro non-GBR, la red LTE no garantizara la velocidad de transmision para este servicio de IPTV, por lo cual, se puede presentar degradacion en la prestacion del servicio ante situaciones de congestion a causa de la perdida de paquetes [4].

* QCI: segun lo expuesto en [14], para portadoras non-GBR y para satisfacer los requisitos de desempeno de QoS del servicios de VoD, el valor del QCI que se recomienda configurar en las reglas PCC es 7. En la Tabla 2 se propone la configuracion de los parametros de QoS que el operador puede aplicar en las reglas PCC para la entrega de servicios de VoD con non-GBR.

Para la prestacion servicio de IPTV de VoD con QoS en la red LTE se tienen el diagrama de se cuencia mostrado en la Figura 4; tal y como se pude ver en la Figura 4, el diagrama de secuencia difiere del diagrama presentado en la Figura 2 unicamente en el paso (10), debido a que cuando se establece un servicio de VoD es necesario que para cada usuario se establezca un servicio portador EPS dedicado para la entrega del contenido solicitado. Por consiguiente, la descripcion de los pasos para la entrega del servicio de VoD, es la misma que se presento para el servicio de basico de IPTV.

[FIGURA 4 OMITIR]

[FIGURA 5 OMITIR]

En Figura 5 se presenta el proceso seguido en el paso (10) para la activacion de servicio portador EPS dedicado para la entrega del servicio de VoD. A continuacion se describen los pasos mostrados en la Figura 5:

(9) Modification de la sesion IP-CAN: este paso inicia la activacion del servicio portador EPS dedicado, y realiza la solicitud de modificacion de la sesion IP-CAN con las reglas PCC identificadas para el servicio de IPTV de VoD [17]. Para realizar este proceso, el PCRF, por la interfaz Gx, le comunica al PCEF (ubicado en la pasarela PDN-GW) la configuracion de QoS que debe aplicar para soportar la entrega de los flujos de datos de IPTV asociados al servicio de VoD.

(10.1), (10.2) Solicitud de creacion del servicio portador: en caso de utilizarse la interfaz S5/S8 basada en GTP, la activacion del servicio portador EPS dedicado se inicia desde la pasarela PDN-GW mediante el envio del mensaje Create Bearer Request a la pasarela S-GW [17]. El mensaje de activacion contiene los parametros de QoS derivados de las reglas PCC (QCI, ARP, GBR y MBR) definidas para el servicio de VoD, junto con el descriptor de trafico TFT derivado de los filtros de paquetes contenidos en las reglas PCC [14]. El mensaje tambien contiene la informacion necesaria para configurar el plano de usuario entre pasarelas. Finalmente, el mensaje de activacion del servicio portador dedicado, llega por la interfaz S11 a la entidad MME encargada del usuario.

(10.3) Solicitud de establecimiento de servicio portador en E-UTRAN: la entidad MME selecciona un identificador para el nuevo servicio portador dedicado y construye un mensaje NAS (Non-Access Stratum) denominado Session Management Request. Dicho mensaje contiene la identidad del servicio portador y sus parametros de QoS (excepto el ARP) y el filtro de paquetes TFT asociado para ser aplicado en el equipo de usuario para seleccionar el trafico ascendente. La entidad MME encapsula el mensaje Session Management Request en el mensaje de peticion de activacion del servicio portador radio (RB) que envia al eNB (Bearer Setup Request) por la interfaz SiMME [17]. El mensaje Bearer Setup Request contiene los parametros de QoS del servicio portador (aqui si que se incluye el ARP, pero no se incluye el TFT) y el identificador de tunel para el establecimiento del plano de usuario entre el eNB y la pasarela S-GW (Serving Gateway) en UL [17].

Si en el momento en que la entidad MME recibe el mensaje de Create Bearer Request de la pasarela S-GW el usuario se encuentra en modo idle (no se encuentra conectado a ningun eNB), la entidad MME inicia previamente el procedimiento de peticion de servicio (Network Triggered Service Request) para informar al usuario los eNB que forman parte del area de seguimiento donde esta ubicado el terminal [17].

(10.4), (10.5) Establecimiento del servicio portador radio (RB): el eNB mapea los parametros de QoS del servicio portador EPS a los del servicio RB asociado y envia un mensaje RRC para reconfigurar los parametros de la interfaz radio en el equipo terminal [17]. El mensaje RRC transporta el mensaje Session Management Request proveniente de la entidad MME. La activacion del servicio RB finaliza con el envio del mensaje RRC Connection Reconfiguration por parte del terminal para informar al eNB que la configuracion de la conexion se ha completado. La comunicacion entre el eNB y el UE se da por la interfaz Uu-LTE [17].

(10.6) Confirmacion del establecimiento del servicio portador en E-UTRAN: una vez establecido el nuevo servicio RB, el eNB responde a la peticion de activacion originada desde la entidad MME. El mensaje contiene los parametros necesarios para establecer el plano de usuario entre el eNB y la pasarela S-GW para el DL [17].

(10.7) y (10.8) Confirmacion del establecimiento del servicio portador en el UE: la confirmacion se realiza mediante el envio del mensaje NAS Session Management Response que se transporta hasta la entidad MME mediante el protocolo RRC de la interfaz radio y el protocolo S1-AP de la interfaz S1-MME [17].

(10.9) y (10.10) Respuesta a la peticion de la pasarela PDN-GW: tras la recepcion de la respuesta del eNB (Bearer Setup Response) y la del UE (Session Management Response), la entidad MME responde a la peticion de activacion del servicio portador dedicado a la pasarela S-GW (mensaje (10)) y esta a la pasarela PDN-GW (mensaje (11)). En dichas respuestas se incluyen los identificadores de tunel que permiten terminar de establecer el plano de usuario entre eNB y la pasarela PDNGW en DL [17].

(11) Respuesta a la modificacion de la sesion IP-CAN: dado que la activacion del servicio portador EPS dedicado se inicio a partir del envio de reglas PCC desde el PCRF, la pasarela PDN-GW notifica a la entidad PCRF el resultado de la activacion [14], con lo cual, ya se puede dar continuidad a la entrega del servicio de VoD solicitado por el usuario.

5. Conclusiones

El servicio de conectividad IP proporcionado por la red LTE brinda calidad de servicio (QoS) logrando que los paquetes de datos de una determinada conexion PDN puedan ser tratados de forma diferenciada para adaptarse a las necesidades de transmision de cada uno de los servicios a los cuales un usuario puede acceder. Esto permite que la red LTE soporte multiples servicios con diferentes requisitos de desempeno, garantizando a los usuarios una adecuada experiencia de uso de los servicios y, a los operadores moviles, una gestion eficiente de los recursos de red.

En la red LTE, el modelo de QoS que se utiliza para definir el comportamiento de un servicio portador EPS dedicado o MBMS, se basa en un maximo de cuatro parametros (QCI, ARP, GBR y MBR) complementados con dos parametros relacionados con la subscripcion del usuario (UEAMBR y APN-AMBR). Esto parametros de QoS pueden ser definidos mediante la gestion de politicas de calidad de servicio que permitiran a los operadores de la red LTE establecer el comportamiento en los elementos de red para que puedan identificar los flujos de paquetes asociados al servicio de Mobile IPTV y con esto dar el tratamiento preferente para garantizar los recursos necesarios y que los objetivos de calidad esten dentro de los niveles aceptables para la entrega de servicios de IPTV. Estas politicas de calidad se pueden definir mediante reglas PCC en el PCRF de la capa de control de la arquitectura presentada de la Figura 1.

El analisis de las alternativas de funcionamiento de la red LTE para prestacion del servicio de Mobile IPTV con QoS arroja como resultado los diagramas de secuencia para la prestacion de servicios de IPTV y la configuracion de los parametros de QoS para la red LTE segun el tipo de servicio de IPTV solicitado por el usuario. De este modo, si se trata de un servicio de IPTV basico en la red LTE, se conforma un servicio portador MBMS al que se establece la configuracion de los parametros de QoS mostrados en la Tabla 1, y al que se uniran todos los usuarios que accedan a un mismo servicio; pero si se trata de un servicio de IPTV de VoD, para cada usuario en la red LTE se establece un portador dedicado al que se le puede aplicar la configuracion de los parametros de QoS de la Tabla 1 y Tabla 2.

El analisis de las alternativas de funcionamiento de la red LTE presentadas en este articulo, permitira la generacion de un modelo red donde sera posible evaluar, mediante simulacion de trafico de IPTV, los principales parametros de desempeno de la red en diferentes escenarios.

Fecha de recepcion del articulo: 02/10/2013 Fecha de aceptacion del articulo: 29/10/2013

Referencias

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[13.] Vale, R.J., Viswanathan, H. eMBMS for More Efficient Use of Spectrum, Consultado 20 marzo 2012. En: http://www2.alcatel-lucent. com/blogs/techzine/2011/embms-for-moreefficient-use-of-spectrum/

[14.] 3GPP TS 23.203 V10.8.0 (2012). Policy and charging control architecture.

[15.] 3GPP TS 23.228 V10.7.0 (2011). IP Multimedia Subsystem (IMS); Stage 2.

[16.] 3GPP TS 23.246 V11.1.0 (2012). Multimedia Broadcast/Multicast Service (MBMS); Architecture and functional description (Release 11).

[17.] 3GPP TS 36.300 V10.8.0 (2012). Evolved Universal Terrestrial Radio Access (E-UTRA) and Evolved Universal Terrestrial Radio Access Network (E-UTRAN); Overall description; Stage 2.

(1) Investigador del Grupo de Investigacion en Teleinformatica de la Universidad Nacional de Colombia (GITUN), Universidad Nacional de Colombia, Bogota, Colombia. *dfruedap@unal.edu.co
Tabla 1. Alternativas de configuracion de los parametros
de QoS para un servicio de IPTV de radiodifusion, usando
portadores GBR. Fuente: Autores.

                  GBR      MBR
Formato          (Kbps)   (Mbps)   QCI   APN

SDTV               64     0,128     4    5-8
(352x280)
SDTV               64     0,242     4    5-8
(352x280)
SDTV               64     0,440     4    5-8
(352x280)
SDTV               64      1,75     4    5-8
(480i/576i)
HDTV               64       10      4    5-8
(720p/1080i/p)

Tabla 2. Alternativas de configuracion de los parametros de QoS para
un servicio de IPTV de radiodifusion usando portadores non-GBR.
Fuete: Autores

Formato               Bitrate (Mbps)   QCI   APN

SDTV (352x280)            0,128         7    5-8
SDTV (352x280)            0,242         7    5-8
SDTV (352x280)            0,440         7    5-8
SDTV (480i/576i)           1,75         7    5-8
HDTV (720p/1080i/p)         10          7    5-8
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Author:Rueda Pepinosa, Diego Fernando
Publication:Revista Avances Investigacion en Ingenieria
Date:Jul 1, 2013
Words:6461
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