2.4 Protocolos e interfaces
2.4.5 Medições e KPI’s
Indicadores Chave de Desempenho (KPI’s) são indicadores de confiabilidade que um dispositivo ou equipamento devem atender para estar pronto para a implantação.
Em [1] são definidos os seguintes KPIs: • Acessibilidade;
• capacidade de retenção; • Integridade;
• Disponibilidade; • Mobilidade.
Os requisitos (de nível de negócios, e de especificação) e as descrições de casos de uso relacionadas com indicadores chave de desempenho (KPIs) para E- UTRAN estão em [1], que temos as definições dos KPI’s para E-UTRAN.
Para determinação dos Indicadores são necessárias diversas medições. No escopo desta dissertação destacamos:
RSRP é o valor médio da potência de recepção medido pelo dispositivo, calculado em função da medição da potência dos sinais de referência.
PL é a perda de percurso entre o transmissor e o receptor, no caso do LTE calculado pelo dispositivo receptor.
SINR é uma medida da qualidade do sinal. Ao contrário RSRQ, não é definido nas especificações 3GPP, mas definido pelo fornecedor do dispositivo. Não é relatado para a rede. SINR é muito usado por operadores e pela indústria de LTE em geral, uma vez que melhor quantifica a relação entre as condições de RF e de transferência. Os dispositivos costumam usar SINR para calcular o CQI (Canal Indicador de Qualidade) e relatar à rede.
Os elementos de cálculo SINR podem ser definidos como:
S: indica a potência dos sinais utilizáveis medidos. Sinais de referência (RS) e os canais físicos de DL compartilhados (PDSCHs) são principalmente envolvidos
I: indica a potência dos sinais medidos ou sinais de interferência de canal de outras células no sistema.
N: indica o ruído de fundo, o que está relacionado com larguras de banda de medição e os coeficientes de ruído do receptor.
2.5 O Controle de potência (PC)
Conforme pode ser visto em (3GPP TS 36.213, 2013) o Controle de Potência (PC) LTE define a energia por elemento de recurso (RE). Para o DL a potência máxima de transmissão das estações de rádio base são definidas como 43 dBm para bandas de 1,25 MHz, 2,5 MHz e 5 MHz e 46 dBm para bandas de 10, 15 e 20 MHz que são distribuídas pelos RB alocados. Para o UL há um controle de potência que determina a potência média durante um símbolo SC-FDMA, na qual o canal físico é transmitido.
De acordo com as especificações do 3GPP em (3GPP TS 36.101, 2013), um terminal classe 3 dever ter como potência máxima de transmissão 23 dBm +/- 2dB e -40 dBm de potência mínima, conforme Tabela 2-2 retirada de (3GPP TS 36.101, 2013).
Tabela 2-2 Mínima potência de saída
Largura de Banda do canal / Potência de saída mínima / Largura de banda medida 1,4 MHz 3,0 MHz 5 MHz 10 MHz 15 MHz 20 MHz Potência de saída mínima -40 dBm Largura de banda medida 1,08 MHz 2,7 MHz 4,5 MHz 9,0 MHz 13,5 MHz 18 MHz
A potência de transmissão UL é dada por expressões que definem uma escolha do menor valor entre a potência máxima da classe do dispositivo (UE) e o resultado de uma fórmula, conforme pode ser visto abaixo na equação (1), extraída de (3GPP TS 36.213, 2013). Dá-se destaque nesta dissertação à Potência de Transmissão de dados do dispositivo, a qual é medida a partir da potência do canal PUSCH que transmite os dados (conforme subseção 2,4,40), e calculada pela expressão (1) abaixo: ) ( ) ( ) ( ) ( )) ( ( log 10 ), ( min ) ( c TF, c O_PUSCH, c PUSCH, 10 , CMAX c PUSCH, i f i PL j j P i M i P i P c c c c (1) Onde: ) ( , CMAX i
P c é a máxima potência de transmissão do Dispositivo i para a estação c, de acordo com a classe da UE definida em 23 dBm, para a classe 3 conforme (3GPP TS 36.101, 2013).
) (
c
PUSCH, i
M é a largura da banda alocada em números de RB naquela transmissão do dispositivo i para a estação base c.
) (
c
O_PUSCH, j
P é o valor definido pela estação rádio base para ser recebido do dispositivo. Esta informação é composta por um valor comum à célula (para todos dispositivos da área de cobertura) e outro específico a cada UE durante a comunicação.
c c(j)PL
é o produto de c(que é a proporção de correção da perda de percurso)
pela perda de percurso PL. Se c for igual a 1 deve-se recompensar toda a perda. )
(
c
TF, i
é um parâmetro baseado na aplicação de um definido esquema e código de modulação MCS (sigla do inglês Modulation and Coding Scheme) (3GPP TS 36.213, 2013) específico para cada dispositivo.
) (i
fc é uma função que permite usar valores correções relativos, cumulativos ou absolutos. É específico para cada dispositivo enviado pela estação base.
Os parâmetros TF,c(i) e fc(i) não foram alvo de análise nesta dissertação, adotando-se valores fixos.
As características do transmissor são especificadas no conector de antena do dispositivo com uma antena de transmissão única ou múltipla (s). Para a UE, com antena integrada apenas, é assumido uma antena de referência, com um ganho de 0 dBi conforme (3GPP TS 36.101, 2013).
Para definição da perda o dispositivo calcula a potência recebida em função do cálculo da média dos sinais de RS definida como RSRP, e faz a diferença com o valor baseado na informação referenseSignalPower recebida no bloco de informação do sistema SIB2 (SIB do termo em inglês System Information Block) recebido através do canal BCCH, conforme seções 6.2 e 6.3 de (3GPP TS 36.331, 2013).
No caso do modo duplex TDD, este cálculo de referência torna-se mais preciso, uma vez que as frequências de UL e DL são as mesmas, ao contrário do FDD, em que se utilizam frequências diferentes, logo uma interferência no DL pode não afetar o UL.
2.6 Arquitetura de Segurança
Conforme (3GPP TS 33.401, 2014) o EPC e E-UTRAN devem permitir o uso de criptografia, proteção da integridade e algoritmos para acessos AS e NAS com chaves de 128 bits de comprimento e, para o futuro, as interfaces de rede devem estar preparadas para apoiar chaves de 256 bits. Define ainda que seja desenvolvido um grupo de Recursos de Segurança do dispositivo, composto de algoritmos de integridade e cifragem.
A Figura 2.15 apresenta os cinco grupos de recursos de segurança que estão definidos no LTE. Cada um desses grupos de recursos atende a determinadas ameaças e cumpre determinados objetivos de segurança:
Figura 2.15 Recursos de Segurança na arquitetura 3GPP
- A segurança de acesso à rede (I): o conjunto de recursos de segurança que oferece aos usuários acesso seguro aos serviços, e que, em especial, protegem contra ataques na interface de acesso rádio.
- Segurança de rede de domínio (II): o conjunto de recursos de segurança que permite aos nós da rede a troca segura dos dados de sinalização, dos dados do usuário e proteger contra ataques à conexão com a rede de telefonia fixa.
- Segurança do domínio do usuário (III): o conjunto de recursos de segurança que garante o acesso seguro a estações móveis.
- Segurança do domínio de aplicação (IV): o conjunto de recursos de segurança que permite que aplicações no usuário e no domínio provedor troquem mensagens de forma segura.
- Visibilidade e configurabilidade de segurança (V): o conjunto de recursos que permite ao usuário informar-se se um recurso de segurança está em funcionamento ou não e se a utilização e prestação de serviços devem depender do recurso de segurança.
O LTE define uma hierarquia de chaves de segurança/criptografia em função de K, que é a chave permanente armazenada no USIM no UICC e no centro de autenticação AuC conforme apresentado na Figura 2.16 retirada de (3GPP TS 33.401, 2014) que traz a definição, formação e aplicação de cada uma das chaves secundárias, separadas entre “int”, referente a integridade e “enc”, que trata da
criptografia. Verifica-se também a interface em que cada uma das chaves age. A descrição de cada chave pode ser encontrada com detalhes em (3GPP TS 33.401, 2014).
Figura 2.16 Hierarquia das chaves de segurança no LTE
2.7 IMS
O IMS22 (Internet Protocol Multimedia Subsystem) é uma arquitetura para a realização de serviços multimídia através do Protocolo de Internet (IP) via UTRAN e E-UTRAN para os usuários fim a fim. 23
A configuração da sessão acontece no plano de usuário usando SIP. A arquitetura SAE inclui o MME e PDN, que, juntos, cuidam do contexto do dispositivo, estabelecendo os entroncamentos SAE, os túneis IP e a conectividade IP entre o dispositivo e os servidores P-GW.
O SAE oferece conectividade com a internet, em que um Servidor de Aplicações SIP (AS) é encontrado por um procedimento de descoberta ou sessão do operador. Após a instalação da sessão de sucesso, dois ou mais dispositivos podem se comunicar através da internet. Na arquitetura SAE, o nó na rede que tem a informação e a função conscientizar toda a área (global) dos endereços IP é o
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A especificação do IMS para o LTE pode ser estudada com mais detalhes em http://www.3gpp.org/technologies/keywords-acronyms/109-ims
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gateway (que serve de gateway PDN). O gateway mantém uma tabela que permite o encaminhamento IP a partir de/para a Internet.
Na Figura 2.17 apresentamos a arquitetura do núcleo IMS24. Abaixo destacamos a descrição dos blocos diretamente envolvidos no contexto da dissertação.
O CSCF pode atuar como Proxy CSCF (P-CSCF), Servidor CSCF (S-CSCF), ou Interrogador CSCF (I-CSCF25). O Proxy CSCF é o primeiro ponto de contato para o dispositivo no âmbito do Subsistema de Multimídia de Protocolo de Internet (IMS), o S-CSCF trata os estados de sessão na rede, e o I CSCF é principalmente o ponto de contato dentro da rede de um operador para todas as conexões IMS destinadas a um assinante da própria rede, ou um assinante em roaming atualmente localizado na área de serviço desta rede.
Figura 2.17 Arquitetura do IMS (Fonte: 3GPP TS 23.228)
2.8 LTE ADVANCED
4G LTE refere-se à versão evoluída do LTE, que está sendo desenvolvido pela 3GPP para atender ou exceder os requisitos da União Internacional de Telecomunicações (ITU) para se obter um verdadeiro padrão de quarta geração de rádio comunicação conhecida como IMT-Advanced. O 4G LTE, cujo nome de projeto é LTE-Advanced, foi especificado inicialmente na versão 10 do padrão 3GPP.
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Detalhes no 3GPP TS 23.228 em www.3gpp.org
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O LTE-Advanced busca uma maior capacidade, ou seja, fornecer taxas de bits mais elevadas de forma eficiente. Os principais requisitos especificados foram:
O aumento da taxa de dados de pico, DL 3 Gbps, UL 1,5 Gbps;
Maior eficiência espectral, alcançando 30 bps / Hz;
Aumento do número de assinantes ativos simultaneamente;
Melhor desempenho nas bordas de célula, por exemplo, para DL 2x2 MIMO pelo menos 2,40 bps / Hz / célula;
O Relatório Técnico (TR) 36.913 do 3GPP26 descreve os requisitos para um maior avanço do LTE E-UTRA (interface aérea) e do E-UTRAN (rede de interface aérea).
Conforme Relatório anual do 4G Americas, membro do 3GPP, os desenvolvimentos referentes ao LTE-Advanced, 3GPP Rel-11 foram congelados em dezembro de 2012. As principais características, redes e serviços detalhados nas especificações para Rel-11 incluem:
Agregação de Portadoras (CA);
Serviços de difusão de multimídias (MBMS - Multimedia Broadcast Multicast Services);
Redes Auto-Organizáveis (SON - Self Organizing Networks);
Canal Control Físico Aprimorado (EPDCCH);
Comunicações Tipo de Máquina (MTC Machine Type Communications)
Sistemas Multimídia IP (IMS);
Integração Wi-Fi;
Home e-NodeB (HeNB).
Em dezembro de 2012 o 3GPP começou a trabalhar no Rel-12. As principais características detalhadas no Rel-12 incluem:
Sistemas de antena ativa (AAS);
Melhorias no DL para sistemas de antena MIMO;
Melhorias em micro células e femtocell;
Tipo de Comunicação de Máquina (MTC);
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Serviços de Proximidade (ProSe);
Redes auto organizadas (SON);
Rede heterogênea (HetNet) e Mobilidade;
Serviços Multimedia Broadcast / Multicast (MBMS);
Protocolo de Acesso Local a Internet (LIPA);
Dentre os serviços relacionados destacamos o ProSe, ou seja, serviços de proximidade, no qual se insere o D2D, foco desta dissertação.
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ESTADO DA ARTE
Neste capítulo apresentamos, na seção 3.1, os trabalhos relacionados na literatura com a comunicação direta D2D, buscando soluções para uma melhoria na eficiência do espectro, do consumo de energia e da qualidade dos serviços. Na seção 3.1 destacamos um trabalho referente ao consumo dos dispositivos móveis relacionando a potência de transmissão com a potência total do aparelho.