creaciÓn de un carril rÁpido con lte privada
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INFORME TÉCNICO
CREACIÓN DE UN CARRIL RÁPIDO CON LTE PRIVADA
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CONTENIDO
RED LTE PÚBLICA VS. PRIVADA
CARACTERÍSTICAS DE LA TECNOLOGÍA
ARQUITECTURA DE RED
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© 2019 Hytera Communications Corporation Limited.
CREACIÓN DE UN CARRIL RÁPIDO CON LTE PRIVADA2
© 2019 Hytera Communications Corporation Limited.
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Hoy en día, la red pública LTE se utiliza para la seguridad
pública con el �n de proporcionar servicios de datos de
banda ancha como complemento a las comunicaciones
de voz de banda estrecha en todo el mundo. Esto se
debe al hecho de que la inversión para una red LTE
privada independiente es muy grande, mientras que la
utilización de la red LTE comercial existente con una
buena cobertura es económica y conveniente.
Sin embargo, una de las diferencias considerables
entre la red LTE pública y la red LTE privada dedicada
es su ámbito de servicio. El objetivo de la primera es
proporcionar servicios de voz y datos para el uso
multimedia diario del público, mientras que la segunda
está diseñada para prestar servicios de comunicación de
misión crítica para servicios de emergencia y de rescate,
como seguridad pública, bomberos, primeros auxilios,
etc. En pocas palabras, las redes privadas suponen una
calidad de servicio más rigurosa que las redes LTE
RED LTE PÚBLICA VS. PRIVADA
públicas. Por ejemplo, en emergencias y en grandes
eventos, el uso intensivo por parte del público puede
provocar que las redes públicas de comunicaciones
inalámbricas se sobrecarguen y se vuelvan inaccesibles.
En esos casos, los usuarios de seguridad pública tienen el
mismo tratamiento que cualquier otro usuario comercial,
y las comunicaciones pueden verse limitadas, debido
a problemas de congestión y capacidad. Con una red LTE
privada, la seguridad pública obtiene una vía rápida
y dedicada que proporciona comunicaciones seguras en
todo momento y para toda emergencia. Las redes LTE
privadas están diseñadas para ofrecer características
especiales para la seguridad pública que no están
disponibles en las redes inalámbricas de la actualidad,
como acceso prioritario, prevención, una mayor
capacidad de red y una conexión resistente.
Las redes privadas suponen un nivel de servicio más riguroso en comparación con las redes LTE públicas. Con una red LTE privada, la seguridad pública ob�ene una vía rápida y dedicada que proporciona comunicaciones seguras en todo momento y para toda emergencia.
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COMUNICACIÓN GRUPAL
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Para utilizar el sistema LTE para comunicaciones de
índole profesional o privada, es esencial que el sistema
pueda proporcionar comunicación grupal. La
comunicación grupal consiste en enviar contenido
común de voz o datos a varios usuarios de terminales de
un grupo de forma simultánea. En muchos casos, varios
usuarios tienen que cumplir una misión común y desean
compartir información relacionada para poder colaborar.
La aplicación de comunicación de grupo representativa
es PTT (pulsar para hablar, por sus siglas en inglés), en la
que un usuario de un grupo envía un comunicado de voz
a los demás usuarios que escuchan en modo half dúplex.
Una medida de rendimiento clave para la comunicación
grupal es la latencia, desde cuya perspectiva el tiempo
de con�guración de una llamada grupal y la demora de
extremo a extremo de la difusión de datos de grupo
deben estar dentro de un rango permitido,
independientemente del tamaño del grupo, para que
cada usuario pueda contar con un servicio de grupo
cali�cado. El sistema TETRA de�ne el criterio de tomar
menos de 300 ms desde el momento en que un usuario
solicita unirse a un grupo hasta el momento en que el
usuario recibe el primer paquete de datos del grupo.
También se recomienda que la transferencia de datos de
extremo a extremo se termine en un plazo de 150 ms.
CARACTERÍSTICAS DE LA TECNOLOGÍA
Otra medida de rendimiento clave es la capacidad.
Se recomienda admitir un número ilimitado de usuarios
en un grupo, dado que hasta cientos o miles de
empleados pueden pertenecer a un grupo en escenarios
de seguridad pública. Es obvio que la transmisión de
datos a través de LTE con difusión única tiene sus
limitaciones en lo que se re�ere a satisfacer los requisitos
anteriores. La demanda de varios gobiernos de
comunicaciones de seguridad pública llevó a la
tecnología LTE a introducir una nueva arquitectura de
sistema y esquemas avanzados de transmisión de datos
adecuados para la comunicación grupal. En una
perspectiva de especi�cación, 3GPP maneja varios
elementos de especi�cación para admitir la función de
comunicación grupal en LTE desde Rel-12, que incluye el
Habilitador de Sistema de Comunicación Grupal
(Group Communication System Enabler, GCSE), Punto
a Multipunto de Celda Única (Single Cell Point-to-
Multipoint, SC-PTM), y PTT de Misión Crítica (Mission
Critical Push-To-Talk, MCPTTT).
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La con�abilidad de la red privada es crucial, dado que la mayoría de los servicios son de misión crítica y están relacionados con salvar vidas. Por lo tanto, la función IOPS (E-UTRAN aislada para operaciones de seguridad pública) se introdujo en la versión 13 de 3GPP para permitir las comunicaciones con enrutamiento local en E-UTRAN. Cuando la conectividad de retorno entre la red central y la eNB presenta pérdidas temporales, o cuando fallan todas las redes centrales comunes, la eNB se conecta con la red central integrada y brinda servicios de trunking, como una llamada privada o grupal, o la transmisión de datos para los usuarios dentro de su cobertura. La IOPS requiere hardware adicional, y solo los fabricantes de redes privadas admiten IOPS.
CONFIABILIDAD
El identi�cador de clase de QoS (QCI) es un mecanismo utilizado en las redes LTE (Long Term Evolution) de 3GPP para garantizar que el trá�co de portador reciba una calidad de servicio (QoS) adecuada. Los distintos trá�cos de portador requieren diferentes QoS y, por lo tanto, valores de QCI diferentes. En una red LTE pública, el QCI es un entero en el rango de 1 a 9. Los valores de QCI están estandarizados para representar características especí�cas de QoS, y cada QCI contiene características de rendimiento estandarizadas (valores), tales como el tipo de recurso (GBR o no GBR), la prioridad (1~9), el límite de retardo de paquetes (el retardo de paquetes permitido se muestra en valores de 50 ms a 300 ms) y la tasa de pérdida por errores de paquetes (la pérdida de paquetes permitida se muestra en valores de 10� a 10⁶).
QOS
En la versión 12, 3GPP introdujo QCI adicionales para mejorar la admisión de servicios de misión crítica. QCI 65 para portadores de velocidad binaria garantizada (Guaranteed Bit Rate, GBR) utilizados para el plano de usuarios de misión crítica (por ejemplo, voz MCPTT), QCI 69 para portadores de velocidad binaria no garantizada (Non-Guaranteed Bit Rate, NGBR) utilizados para la señalización de misión crítica y QCI 70 para portadores NGBR utilizados para datos de misión crítica.
Tabla 1 QCI de LTE pública
Servicio VoLTE (GBR) VIDEO (NGBR) Internet/e-mail/p2p
Valor de QCI
Nivel de prioridad
Límite de retardo de paquetes
Voz
Video
Voz
Video
Voz
Video
2
4
4
5
100 ms
150 ms
7
6/8/9
7
6/8/9
100 ms
300 ms
Transmisión en vivo
Transmisión en búfer
Transmisión en vivo
Transmisión en búfer
Transmisión en vivo
Transmisión en búfer
6/8/9
6/8/9
300 ms
Aplicación
EPC
RAN
Servicio de misión crítica (MCPT T, MCVideo, MCData)
Red LTEIOPS
Unidifusión Difusión amplia RAN aislada
UE
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Tabla 2 Mejora de QCI para LTE privada
Durante la plani�cación de la red, la red pública LTE tiende a centrarse más en la cobertura de zonas con una densidad
de población relativamente alta, como las zonas urbanas y las situadas a lo largo de las principales carreteras, vías
férreas, aeropuertos, etc., dado que la mayoría de sus clientes se reúnen en estas áreas y solo una parte insigni�cante
sufre de interrupciones en áreas fuera de cobertura, lo que es aceptable para las comunicaciones que no son de misión
crítica. Sin embargo, se supone que la LTE privada debe cubrir las zonas regionales o remotas menos pobladas de las
que se ocupan las autoridades de seguridad pública.
Otra diferencia con respecto a la zona de cobertura objetivo es que en las redes LTE públicas, la mayoría de las
aplicaciones consisten en la transferencia de datos y la transmisión de video de enlace descendente, mientras que en las
LTE privadas, predomina el servicio de enlace ascendente. Por lo tanto, en la versión 11 de 3GPP, se propuso HPUE
(Equipo de Usuario de Alta Potencia), que añade compatibilidad para que los dispositivos LTE transmitan con una
potencia de salida superior a +31 dBm, con el �n de proporcionar una mejor cobertura y un mejor desempeño de
disponibilidad/rendimiento de enlace ascendente que el que proporcionan los sistemas de LTE públicas, especialmente,
en las zonas rurales y en situaciones en las que se requieren terminales instalados en vehículos. Esta función eliminaría
las limitaciones actuales de la potencia de enlace ascendente y permitiría alcanzar una mayor velocidad de datos con
una cobertura más amplia.
El Sistema Integrado de Implementación Rápida (iFDS) es un sistema de Hytera que puede actuar como una solución de
extensión de cobertura en caso de emergencias en áreas sin redes privadas o públicas.
COBERTURA
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Servicio MCPTT MCVideo MCData
Valor de QCI
Nivel de prioridad
Límite de retardode paquetes
Plano del usuario
Señalización
65
69
0.7
0.5
75 ms
60 ms
67
69
1.5
0.5
100 ms
60 ms
70
5.5
200 ms
Plano del usuario
Plano del usuario
Señalización
Señalización
Plano del usuario
Señalización
Plano del usuario
Plano del usuario
Señalización
Señalización
La red pública busca la e�ciencia global de los recursos de la red y no sacri�caría el rendimiento máximo del sistema
para los usuarios en el extremo de la celda. Por el contrario, el algoritmo de programación diseñado para la red privada
tendería a garantizar el recurso para los usuarios de misión crítica, independientemente de su ubicación y el
rendimiento del sistema.
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DEDICADA
Una red LTE privada dedicada permite que luna autoridad o empresa cliente gestione su propia red LTE con equipos
y con�guraciones dedicadas. Las redes LTE dedicadas se ejecutan de forma independiente de las comerciales, por lo que
el propietario de la red tiene pleno control de la calidad de servicio y la estrategia de la red, y no tendría problemas
como las congestiones repentinas de trá�co que pueden ocurrir en una red compartida. Este tipo de redes son
especialmente atractivas para quienes tienen requisitos estrictos de independencia, control, con�abilidad y rendimiento
de la red LTE privada, y menos limitaciones de espectro y de presupuesto.
ARQUITECTURA DE RED
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Red LTE privada dedicadaRed dedicada construida por el gobierno con su propia LTE RAN y su propia red de trunking central.
RAN LTE dedicada
Red central dedicada
MCS
Aplicación
Red
UE
Grabación de video GIS Despachador
NMS MCSEPC
PSTN
PLMN2 G/3 G/4 G
EPC convergente
P-LTE eNB P-LTE eNB
USO COMPARTIDO DE RAN (MOCN)
El uso compartido de RAN, también conocido como Red Central de Operadores Múltiples (Multiple Operator Core
Network, MOCN), permite a los usuarios de misión crítica compartir la infraestructura E-UTRAN del operador, así como
los recursos de espectro y, a la vez, usar su propia red central dedicada y su servidor de misión crítica para proporcionar
seguridad de los datos de los usuarios y sus aplicaciones, como se muestra en la imagen a continuación.
En términos generales, el uso compartido de RAN se puede dividir en dos categorías principales:
• Uso compartido de RAN pasivo, en el que los operadores comparten solo sitios de celdas físicas y elementos de red
pasivos, como mástiles y fuentes de alimentación.
• Uso compartido de RAN activo, en el que los operadores comparten equipos pasivos, así como infraestructura de
transporte, espectro radioeléctrico y recursos de procesamiento en banda base. También pueden tener una toma de
decisiones conjunta sobre inversiones y operaciones.
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Uso compar�do de RAN1
Red híbrida donde la red LTE privada central comparte el recurso de la RAN con la RAN comercial
MVNO2
La red privada central aprovecha la red comercial LTE mediante i�nerancia (roaming)
Red centralMVNO
Red centraldedicada
MCS
RAN MVNO
Aplicación
Red
UE
IMS GIS Despachador
EPC del operador
NMSMCS
PSTN
Uso compar�do de RAN
P-LTE eNB P-LTE eNB
IMS
EPC privado
I�nerancia de MVNO
PGW
RAN MVNO
HSS
PCRF MCS
NME
SGW
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ITINERANCIA DE MVNO
Para evitar los costos elevados asociados a las redes LTE dedicadas de gran escala, varias entidades de seguridad pública, principalmente, en Europa, están aprovechando las redes LTE comerciales en forma de Operador de Red Móvil Virtual (Mobile Virtual Network Operator, MVNO) para satisfacer sus necesidades de datos de banda ancha móvil. La adopción de arreglos de MVNO seguros que combinan la red central privada con las redes LTE comerciales para ofrecer capacidades de banda ancha a los usuarios de comunicaciones críticas. Se prevé que la gran mayoría de las implementaciones futuras de LTE de seguridad pública también utilicen redes comerciales para comunicaciones de misión crítica, impulsadas por los ahorros de costos relacionados. La tabla y la imagen a continuación muestran la adopción de MVNO entre la red privada nacional para la seguridad pública en todo el mundo.
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PPP de los EE. UU.Alianza público-privada
Red totalmente privadaRAN, EPC y MCS dedicados
MVNO completoRAN comercial + EPC y MCS dedicados
MVNO + Red privadaRAN comercial + RAN, EPC y MCS dedicados
Canadá/PSBN
Reino Unido/ESN
País
EE. UU./First Net
Alemania/BDBOS
República Checa
Australia/PSMB RFP
Nueva Zelanda/NGCC
Francia/Burbujas
Corea del Sur/Safe Net
Tailandia/Red de policía
Qatar
Emiratos Árabes Unidos
México/Red Compar�da
Solución de trunking de banda ancha
PPP
MVNO + Red privada
MVNO + Red privada
MVNO completo
MVNO completo
MVNO + Red privada
MVNO + Red privada
MVNO + Red privada
Red totalmente privada
Red totalmente privada
Red totalmente privada
Red totalmente privada
Red totalmente privada
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