Como se ha planteado en el desarrollo de las redes LTE y LTE-A, la gestión de movilidad es uno de los aspectos en los que se supone una mejoría respecto a los sistemas de comunicaciones anteriores, siendo una pieza clave en éstos. Se debe de proporcionar servicio de transmisión y de recepción a cualquier cliente que este dentro del área de cobertura.
Una de las funcionalidades que proporciona el sistema de gestión de movilidad es el conocido como handover. Se dan situaciones en las que el usuario esta inicialmente conectado a una estación base, pero debido a que se encuentra en movimiento o a que comienza a moverse cabe la posibilidad de que este usuario tenga que hacer un traspaso entre células y por tanto hacer un cambio de estación base. Para ello, como es lógico, el traspaso se realiza mientras la conexión sigue activa por lo que este tiene que hacerse sin cortes o lo que es lo mismo, sin que el propio usuario lo note mientras sigue manteniendo la comunicación. Es necesario tanto en comunicaciones por voz como en comunicaciones multimedia, por ejemplo que se esté realizando una videollamada o que se estén visualizando videos vía internet.
Por otro lado se debe de producir una gestión de la localización, debe de ser posible el aviso en todo momento a los usuarios de la activación de servicios originados desde la red dondequiera que se encuentren. Esto se denomina como paging y el envío se tiene que realizar de forma selectiva, ya que se debe de hacer desde las estaciones que tengan cierta seguridad de que van a encontrar al usuario. Para ello se debe de hacer un seguimiento al usuario, para tenerlo localizado de forma acotada y poder realizar correctamente los envíos, este mecanismo se llama gestión de localización.
Para poder utilizar correctamente este tipo de mecanismos, también es necesario que se complementen con funciones de autenticación de los usuarios y autorización de acceso a los servicios solicitados desde cualquier estación base a través de la que se conecte el terminal.
Marco de gestión de movilidad
El marco de gestión de movilidad cubre tres tipos de escenarios: movilidad intra-LTE (para acceso a través de E-UTRAN), movilidad entre redes de acceso 3GPP (entre E- UTRAN, UTRAN y GERAN) y movilidad con redes de acceso no especificadas por 3GPP (por ejemplo CDMA2000 o WiMAX).
En LTE se especifica el modelo de movilidad llamado EMM (EPS Mobility
Management) en las que se definen dos estados de accesibilidad para dos situaciones distintas en las que se puede encontrar un usuario en el sistema, estos estados son:
Estado “No registrado” (EMM-Deregistered): el usuario no se encuentra visible en el sistema LTE, no tiene acceso a los servicios del sistema. Suele ser debido a que el terminal LTE está apagado.
Estado “Registrado” (EMM-Registered): el usuario está operativo en sistema y por tanto tiene acceso a servicios a través de su equipo de usuario. En este estado el sistema tiene información de la localización del equipo.
2. Planificación 4G
27 La conmutación entre ambos estados se produce a través de procedimientos de
“registro”, paso de estado “no registrado” a estado “registrado”, siendo este procedimiento iniciado siempre por el terminal, y a través del proceso de “cancelación de registro” que sirve para realizar el paso de estado “registrado” a “no registrado”, que puede ser iniciado por el terminal (como el apagado del terminal) o por la propia red (como el cambio de la suscripción de un usuario).[1]
Además de los estados de movilidad EMM, el sistema LTE también define un modelo de estados para indicar la existencia o no de un plano de control activo entre el equipo de usuario y el nodo MME de la red troncal donde se encuentra registrado, este modelo se llama modelo ECM (EPS Connection Management) y también se estructura en dos posibles estados:
Estado “Desconectado” (ECM-Idle): el terminal no tiene establecida ninguna conexión de señalización con ninguna entidad MME.
Estado “Conectado” (ECM-Connected): en este estado, el equipo de usuario tiene establecida una conexión de señalización con una entidad MME de la EPC.
La información relativa a los estados EMM y ECM de un usuario se almacena en el equipo de usuario y en la red troncal EPC, exactamente en el nodo MME que da servicio a dicho equipo terminal. En el terminal, los estados ECM-Idle y ECM-Connected se mapean a los estados RRC_IDLE y RRC_CONNECTED.
Handover
El mecanismo de handover se pone en marcha cuando un cliente está en modo activo
(ECM-Connected) y necesita realizar un cambio de estación base debido a que se encuentra en movimiento y no puede seguir conectado a ésta. Estos mecanismos están diseñados para funcionar con velocidades de hasta 350 km/h aunque están optimizadas para trabajar en un rango de 0-15 km/h.[5]
Este mecanismo se basa en una serie de principios básicos que son los siguientes:
Se controla desde la red, es decir, la red decide el cambio de estación base teniendo en cuenta los datos enviados por el terminal de usuario. La decisión de llevar a cabo un cambio de eNB de un terminal en modo conectado, la toma el propio eNB con el que el equipo de usuario mantiene una conexión RRC activa.
Una vez tomada esta decisión, la propia red se encarga de reservar los recursos necesarios en el eNB destino. Una vez que la red garantiza que se puede hacer el cambio de eNB, la red ordena al terminal que ejecute el cambio.
Durante la realización del proceso de handover, la red dispone de mecanismos para transferir los paquetes del usuario pendientes de transmisión en el viejo eNB al nuevo eNB.
Por otro lado, la realización de un handover intra-LTE puede responder a diferentes escenarios de movilidad, tales como:
2. Planificación 4G
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Handover entre eNBs conectados mediante una interfaz X2. Al utilizar esta interfaz se establece un plano de usuario entre eNBs para el envío de datos durante el proceso de handover.
Handover entre eNBs que no disponen de la interfaz X2. La señalización de handover debe de articularse mediante la entidad MME.
Handover entre eNBs, soporten o no soporten la interfaz X2, que requiera la reubicación de alguno de los nodos de la red troncal EPC. El cambio de eNB podría acarrear un cambio de pasarela S-GW a través de la cual está establecido el plano de usuario.
Gestión de la localización
También es necesario conocer la localización de un terminal que se encuentre registrado (EMM-Registered) pero que no tenga establecida una conexión con ninguna estación base (ECM-Idle).
Por tanto, se define el concepto de Área de Seguimiento (Tracking Area, TA) para gestionar esta información de la localización, en cada TA se agrupan diversos eNBs. La identidad de un TA se denomina TAI (Tracking Area Ideintifier) y se difunde a través de los
canales broadcast entre los eNBs que formen el TA. No hay posibilidad de que un mismo eNB
pertenezca a distintas TA. [5]
Esta tecnología es muy similar a la utilizada en UMTS y GSM, pero introduce una mejora sustancial, incluye la posibilidad de que un terminal este registrado al mismo tiempo en distintas TAs, es decir, en una lista de TAs. Para facilitar el proceso, el terminal solo actualiza su posición en el caso de que se mueva fuera de la cobertura de esta lista de TAs.
Por último, destacar que el marco de gestión de movilidad ha sufrido grandes simplificaciones respecto a UMTS. Ahora en el sistema LTE la gestión de localización se sustenta íntegramente en la red troncal EPC.