какие функциональные элементы входят в состав подсети utran
Как устроена сеть сотовой связи GSM/UMTS
В комментариях к постам про сеть WiMAX (1, 2) и про GPRS был выражен интерес к сетям сотовой связи, поэтому решил реализовать свою давнюю задумку и описать хабрасообществу как же устроены современные сети сотовой связи.
На приведённой картинке изображена общая структура сетей сотовой связи. Изначально сеть разделяется на 2 больших подсети — сеть радиодоступа (RAN — Radio Access Network) и сеть коммутации или опорную сеть (CN — Core Network).
Хочу подчеркнуть, что буду описывать именно существующие сети сотовой связи для СНГ, потому что в Европе, Америке и Азии сети более развиты и их структура несколько отличается от наших сетей, про это напишу как-нибудь позже, если будет интерес.
Сперва, хотелось бы рассказать в общих словах про сеть, а потом более подробно расскажу про функции каждого из элементов сети.
Сеть радиодоступа
Существующие сети радиодоступа у наших операторов — продукт долгой эволюции, поэтому они состоят из сети радиодоступа к GSM (GERAN — GSM EDGE Radio Access Network) и сеть радиодоступа к UMTS (UTRAN — UMTS Terrestrial Radio Access Network). Сверху слева на картинке вы видите GERAN, внизу слева, соответственно UTRAN. Наибольшие изменения при переходе от GSM к UMTS происходят как раз в сети радиодоступа — оператору нужно построить вторую сеть и заново покрыть уже имеющиеся территории.
Сеть радиодоступа — эта та паутина, которой охвачены огромные территории городов и открытых местностей, за счёт неё как раз и обеспечивается то огромное погрытие, которое предоставляют сети сотовой связи.
Опорная сеть
Опорная сеть — ядро сетей сотовой связи. Название опорная — мой вольный перевод, в GSM эту часть сети называют сетью коммутации, в UMTS — Core Network, что по сути можно перевести как ядро сети. К этому ядру, как периферийные устройства к системному блоку, могут подключаться различные сети радиодоступа. Опорная сеть мало эволюционирует в связи с эволюцией от GSM к UMTS, эта сильная эволюция происходит немного позже — её уже прошли западные и азиатские операторы, у нас же она только начинается.
Опорная сеть на приведённой выше картинке разделена на 2 части — верхняя правая часть отвечает за голосовые соединения, или CS-соединения (Circuit Switch), нижняя правая часть отвечает за пакетные соединения, или же PS-соединения (Packet Switch).
Опорная сеть сосредоточена в одном или нескольких зданий, принадлежащих оператору сотовой связи, в больших машинных залах — проще говоря огроменнейшая серверная, где стоит большое количество шкафов оборудования, их ещё холодильниками иногда называют, потому что с виду очень похожи 🙂
HLR — Home Location Register, Регистр положения домашних абонентов.
По сути это большая база данных, в которой хранится всё об абоненте данной сети. В крупных сетях, таких, как у операторов большой тройки, таких узлов несколько — они разбросаны по регионам. Их количество измеряется единицами штук. Для того, чтобы понимать порядки — в Питере такой узел один, в Москве другой, на Урале ещё один, ещё на Кавказе, в Сибири — 3-4 штучки… На практике это может быть распределённая БД, потому что ёмкости одного HLR может не хватить для хранения данных обо всех абонентах. Тогда оператор докупает ещё один HLR (физическое устройство) и организует распределённую БД.
Какая же информация там хранится? По большей части, это информация об услугах, подключенных у абонента:
— может ли абонент совершать исходящие звонки
— может ли абонент отправлять/принимать SMS
— разрешена ли услуга конференц-связи
— ну и все остальные возможные услуги
Также здесь хранится такая важная информация, как идентификатор того MSC, в зоне действия которого сейчас находится абонент. Позже мы увидим для чего это может быть нужно.
MSC/VLR
MSC — Mobile Switching Center, центр коммутации для мобильных абонентов;
VLR — Visitor Location Register, регистр положения гостевых абонентов.
Логически это 2 раздельных узла, но на практике, это реализовано в одном и том же устройстве.
VLR хранит в себе копию тех данных, которые записаны в HLR с той лишь разницей, что тут уже нет информации о том MSC, в зоне действия которого находится абонент. Здесь хранится информация о том, в зоне действия какого BSC находится данный абонент. Ну и здесь, естественно, хранятся данные только о тех абонентах, которые сейчас находятся в зоне действия того MSC, к которому подключен данный VLR. 
MSC — классический коммутатор (конечно, не такой классический, который можно увидеть в музеях, где сидели бабушки и перетыкали проводки). Основные его функции — для исходящего вызова — определить куда переключить вызов, для входящего же соединения — определить на какой BSC отправить вызов. Для выполнения этих то функций он и обращается в VLR за хранящейся там информацией. Здесь стоит заметить, что это плюс разнесения HLR и VLR — MSC не будет стучаться в HLR каждый раз, когда абоненту что-то нужно, а будет всё делать своими силами. Также MSC собирает данные для биллинга, далее эти данные скармливаются соответствующим системам.
AUC — AUthentication Center, центр аутентификации абонентов. Этот узел отвечает за то, чтобы злоумышленник не мог получить доступ к сети от вашего лица. Также этот узел генерирует ключи шифрования, с помощью которых шифруется ваше соединение с сетью в самом уязвимом месте — на радиоинтерфейсе.
GMSC — Gateway MSC, шлюзовой коммутатор. Этот узел сети используется только при входящих вызовах. У операторов есть определённая номерная ёмкость, этой номерной ёмкости сопоставляются шлюзовые коммутаторы сетей связи (сотовых, фиксированных). Когда вы набираете номер друга, ваш звонок доходит до коммутатора (MSC) вашей сети и он определяет куда дальше отправить этот вызов на основе имеющихся у него соответствий между номерами и шлюзами сетей. Звонок отправляется на GMSC сотового оператора, которым пользуется ваш друг. Далее GMSC делает запрос в HLR и узнаёт в зоне действия какого MSC сейчас находится вызываемый абонент. Туда дальше и перенаправляется вызов.
SGSN — Serving GPRS Support Node, обслуживающий узел поддержки GPRS. Этот узел отвечает за то, чтобы определить каким образом предоставлять услуги на основе запрошенной APN (Access Point Name, точки доступа, например, mms.beeline.ru). Также на этом узле осуществляется посчёт трафика.
GGSN — Gateway GPRS Support Node, шлюзовой узел поддержки GPRS. Ну это шлюз, отвечает за правильную доставку пакетов до пользователя.
BSC — Base Station Controller, контроллер базовых станций. Узел, к которому подключаются базовые станции, дальше он осуществляет управление базовыми станциями — назначает какому абоненту где сколько ресурсов выделить, определяет каким образом осуществляются хэндоверы. Когда с MSC приходит сигнал о входящем соединении для абонента, контроллер осуществляет процедуру пейджинга — через все подчинённые ему базовые станции посылает вызов данному абоненту, который должен отозваться через одну из базовых станций.
TRC — TRansCoder, транскодер. Устройство, отвечающее за перекодирование речи из формата GSM в стандартный формат телефонии, используемый в фиксированных сетях связи и обратно. Таким образом, получается, что речь передаётся в формате сетей фиксированной связи в сети GSM на участке от GMSC до TRC.
BTS — Base Transceiver Station, базовая приёмопередающая станция. Это то, что непосредственно находится близко к самому пользователю. Именно базовые станции образуют ту самую паутину, которой накрывают операторы сотовой связи, именно от их количества зависит территория, на которой предоставляют услуги операторы сотовой связи. По сути — довольно глупое устройство, оно обеспечивает выделение пользователям отдельных каналов связи, преобразует сигнал в высокочастотный, который будет передаваться в эфир, ну и выдаёт этот самый высокочастотный сигнал на антенны. А вот антенны то мы и можем наблюдать каждый день.
Хочу заметить, что антеннки — это не есть базовая станция 🙂 Базовая станция похожа на холодильник — шкафчик с модулями, который стоит в специальном месте. Это специальное место — например, синенькие вагончики, которые ставятся под красно-белыми вышками где-нибудь в пригороде.
Более подробно можно почитать в недавно опубликованной статье про базовые станции.
RNC — Radio Network Controller, контроллер сети радиодоступа. По сути выступает в той же роли, что BSC в GERAN.
NodeB
NodeB, базовая станция в UMTS. Аналог BTS в GSM.
В целом, здесь описаны все жизненно важные элементы сети GSM/UMTS. Здесь я не упоминал ещё некоторые узлы, такие как SMS-C (SMS-Center), MMS-C (MMS-Center), WAP-GW (WAP-Gateway).
Если статья вызовет интерес, то в дальнейшем могу рассказать более подробно про сети радиодоступа GERAN и UTRAN, потому что я занимаюсь по большей части именно радийными вещами.
Также уже есть идеи для ряда статей на основе вопросов, вызвавших интерес, в комментариях к статьям по телекоммуникациям, пока не буду раскрывать интригу — задавайте интересные вопросы — будут интересные статьи! 😉
UPD: в комментариях отписались эксперты в своих областях, что очень интересно почитать:
1. Ветка про ПО, устанавливаемом на оборудовании;
2. Ветка про отличия наших (СНГшных) сетей и сетей в Европе/США/Азии;
3. Комментрии от пользователя DeSh с поправлениями и уточнениями: тыц, тыц.
Да и вообще в комментариях довольно много всего интересного всплыло помимо выделенных мной комментариев.
Протоколы доступа LTE E-UTRAN. Часть 1
Статья посвящена описанию протоколов доступа на различных уровнях сети LTE.
Скорость передачи по LTE в нисходящем направлении (к пользователю) достигает 100 Мбит/с, в восходящем — 50 Мбит/с. Задержка на уровне пользователя не превышает 5 мс за счет высокой эффективности использования спектра. Столь замечательные характеристики обеспечиваются за счет использования нескольких антенн (принцип MIMO) и мультиплексирования с ортогональным разделением частот OFDM на физическом уровне.
Сеть E-UTRAN — это самый первый узел в усовершенствованной пакетной системе EPS. Она обеспечивает высокую скорость передачи данных, малую задержку на обеих плоскостях управления и пользователя, бесшовное переключение и большее покрытие ячейки.
Рассмотрим задачи, функции и процедуры слоя доступа в стеке протоколов радиодоступа.
Структура E-UTRAN показана на рисунке 1. Сеть состоит из узлов eNodeB (eNB), которые обеспечивают протоколы плоскости пользователя (PDCP/RLC/MAC/PHY) и управления (RRC). Узлы eNB взаимодействуют между собой через интерфейс Х2. Для связи с усовершенствованным пакетным ядром (EPC — Evolved packet core) используется протокол S1. Обмен с узлом управления мобильностью (ММЕ — mobility management entity) происходит по интерфейсу S1-MME, а c обслуживающим шлюзом (SGW — Serving Gateway) — по интерфейсу S1-U. Интерфейс S1 поддерживает связи типа множество-множество между MME, SGW и eNB.
Информацию, которую пропускает через себя UTRAN, принято разделять на два слоя. К слою доступа (AS — Access stratum) относятся данные, необходимые для взаимодействия терминала пользователя (UE) и сети UTRAN. Слой без доступа (NAS — non-Access Stratum) содержит информацию, переносимую между базовой сетью оператора (CN) и UE через UTRAN.
Слой доступа объединяет протоколы радиодоступа. Это протоколы, обеспечивающие совместное использование радиоресурсов оборудования пользователя и сети доступа. Кроме того, AS отвечает за соединения с каналом радиодоступа (RAB — Radio Access Bearer), посредством которых обеспечивается взаимодействие между UE и CN (сервис NAS).
Слой доступа предоставляет пользовательскому оборудованию возможность получения доступа к ресурсам и сервисам сети, а также всю необходимую инфраструктуру. Протоколы радиодоступа выполняют следующие функции:
– управление ресурсами радиоканала (RRM — radio resource management). Это управление радиоканалом и радиоприемом, контроль мобильности соединения и динамическое распределение ресурсов оборудования пользователя в обоих направлениях передачи (функция распределения, см. ниже).
– управление трафиком:
— передача данных, в т.ч. в режиме реального времени, между инфраструктурой (слой NAS) и оборудованием пользователя;
— обработка всех типов данных при различных параметрах канала (уровень активности, пропускная способность, задержка передачи и вероятность появления ошибочных битов);
— эффективное преобразование атрибутов трафика, используемых не-LTE приложениями, в атрибуты канала радиодоступа (RAB — radio access bearer) в слое доступа;
— сжатие IP-заголовка и шифрование потоков данных пользователя;
— самостоятельный выбор MME на оборудовании пользователя, когда сеть не предоставляет соответствующей информации;
— передача данных с плоскости пользователя на SGW;
— управление местоположением: распределение и передача поисковых сообщений;
— распределение и передача широковещательной информации;
— задание конфигурации измеряемых параметров и формы выведения результатов для распределения ресурсов и обеспечения мобильности;
— распределение и передача сообщений о землетрясениях и цунами;
— предоставление первичного доступа к сети, регистрация и присоединение к сети или выход из нее;
— управление передачей на различных уровнях: между eNodeB, внутри eNodeB, между eNodeB с изменением MME, между eNodeB с сохранением MME, но сменой SGW, между RAT;
— функциональное разнообразие и шифрование;
— кодирование радиоканала.
Протоколы LTE делятся на две группы: плоскость управления (отвечают за управление транспортным каналом) и плоскость пользователя (отвечают за передачу пользовательских данных).
Стек протоколов плоскости пользователя показан на рисунке 2. Подуровни PDCP, RLC, MAC и PHY, оканчивающиеся на eNB со стороны сети, выполняют такие функции как сжатие заголовка, шифрование, распределение, ARQ (запрос на повторную передачу) и HARQ.
Стек протоколов плоскости управления показан на рисунке 3. Протокол сходимости пакетных данных PDCP выполняет шифрование и обеспечивает защиту целостности. Протоколы RLC, MAC и PHY выполняют те же функции, что и на плоскости пользователя. Протокол RRC выполняет такие функции как широковещательная рассылка системной информации, разбиение на страницы, управление соединением RRC, радиоканалом, мобильностью и процессом проведения измерений, а также отвечает за предоставление результатов измерений.
На рисунке 4 показаны протоколы доступа, состоящие из уровней RRC, PDCP, RLC, MAC и PHY. Протоколы RRC конфигурируют все нижележащие слои. Между RRC и PDCP устанавливаются радиоканалы, привязанные к логическим каналам между протоколами RLC и МАС. Из рисунка 5 видно, что схема отображения логических каналов на физические проста и прозрачна.
Какие функциональные элементы входят в состав подсети utran
Рис. 10.2. Сетевые элементы PLMN
сети каждого типа. Возможность иметь несколько объектов одного того же типа позволяет делить систему UMTS на подсети, работа щие либо самостоятельно, либо вместе с другими подсетями. Tai сеть называется сетью сухопутной подвижной связи общего ноль: вания (Public Land Mobile Network, PLMN). Обычно одна сеть PL эксплуатируется одним оператором и соединяется с другими сетя PLMN и с другими типами сетей. На рис. 10.2 показаны элеме! PLMN, иллюстрирующие внутренние соединения и соединения внешними сетями.
UE состоит из двух частей:
— Модуль идентификации абонента UMTS USIM, представляющие собой интеллектуальную плату, которая служит идентификатором
абонента, выполняет алгоритм аутентификации и шифрования и содержит информацию об услугах, которыми пользуется абонент. Сеть UTRAN содержит два элемента:
— Узел В преобразует поток данных между интерфейсами lub и Uu. Он также участвует в управлении радиоресурсами.
— Контроллер радиосети (Radio Network Controller, RNC) управляет радиоресурсами в своей области (к нему подключены узлы В).
RNC представляет собой точку доступа к сервису для всех услуг, которые UTRAN предоставляет CN, например, управление соединениями с UE.
Основными элементами базовой сети GSM (есть другие элементы, не показанные на рис. 10.2, например, те, которые используются для обеспечения интеллектуальных услуг) являются следующие [2]:
01 Архитектуре системы
сервисную информацию. Профиль обслуживания создается, когда новый абонент прописывается в системе, и остается в памяти до тех пор, пока сохраняется эта прописка. Для маршрутизации входящих сообщений к UE (т.е. вызовов или коротких сообщений) HLR также записывает данные о местоположении UE на уровне MSC/VLR, т. е. на уровне системы обслуживания.
— Функции SGSN подобны функциям MSC/VLR, но используются для услуг с коммутацией пакетов.
— GGSN (узел по обеспечению межсетевого перехода GPRS) функционально близок к GMSC, но связан с предоставлением услуг коммутации пакетов.
Внешние сети делятся на две группы:
— Сети с коммутацией каналов (Circuit Switching, SC). Они обеспечивают соединения с коммутацией каналов, существующие сети проводной телефонной связи.
— Сети с коммутацией пакетов (Packet Switching, PS). Они обеспечивают соединения с коммутацией пакетов. Одним из примеров сети PS служит Интернет.
Стандарты UMTS построены таким образом, что функции внутри эпементов сети подробно не задаются [3]. Вместо этого определены интерфейсы между логическими элементами сети. Определены следующие основные открытые интерфейсы:
— Интерфейс Си. Это электрический интерфейс между интеллектуальной платой (смарт-картой) USIM и ME. Интерфейс удовлетворяет формату стандарта для смарт-карт.
— Интерфейс (Ju. Это радиоинтерфейс WCDMA, через который UE получает доступ к стационарной части системы, и поэтому является самым важным интерфейсом в UMTS.
— Интерфейс lu. Он соединяет UTRAN с CN. Открытый интерфейс lu дает операторам UMTS возможность производить закупку UTRAN и CN у разных производителей. Создание конкуренции в этой области явилось одним из факторов, обусловивших успех GSM.
Глава 10. Архитектура сети радиодоступа!
— Интерфейс lur. Открытый интерфейс lur позволяет осуществлять мягкий хендовер между RNGs от различных производителей, и поэтому он дополняет открытый интерфейс lu.
— Интерфейс lub. lub соединяет узел В и RNC. UMTS является пер- \ вой коммерческой системой подвижной телефонной связи, где интерфейс контроллер-базовая станция стандартизован как полно-стью открытый интерфейс. Ожидается, что подобно другим откры-тым интерфейсам, открытый интерфейс lub будет стимулировать конкуренцию между производителями оборудования в этой области. Вероятно, что на рынке появятся новые производители, сосредоточивающие усилия исключительно на изготовлении узлов В.
10.2. Архитектура сети UTRAN
Основные характеристики UTRAN, которые определили основные требования для построения архитектуры UTRAN, ее функций и протоколов, представлены в следующих пунктах:
— поддержка Access и всех относящихся к нему функций. В частности, основное воздействие на построение UTRAN оказало требо- вание обеспечения мягкого и ориентированных на WCDMA алг ритмов управления радиоресурсами;
— максимальная унификация при обработке данных с коммутации пакетов и с коммутацией каналов при использовании уникальнс
Рис. 10.3. Архитектура сети UTRAN
10 2 Архитектура сети UTRAN
пакета протоколов воздушного интерфейса и одного и того же интерфейса для соединения UTRAN с областями обслуживания (доменами) как PS, так и CS базовой сети; максимальная унификация с GSM;
использование транспортного протокола ATM в качестве основного транспортного механизма в UTRAN;
использование протокола IP в качестве вспомогательного транспортного механизма в UTRAN.
Контроллер радиосети представляет собой элемент, обеспечивающий управление радиоресурсами в UTRAN. Он сопрягается с CN (обычно с одним MSC и одним SGSN), а также реализует протокол управления радиоресурсами (Radio Resource Control, RRC), который определяет сообщения и процедуры между подвижной станцией и UTRAN.
Логическая роль RNC. RNC, управляющий одним узлом В, обозначается как управляющий RNC (Control RNC, CRNC) узла В. Управ-пяющий RNC отвечает за управление нагрузкой и перефузкой в собственных ячейках, а также осуществляет управление доступом и выделение кодов для новых радиоканалов, которые будут устанавливаться в этих ячейках.
Если одно соединение UE-UTRAN использует ресурсы более, чем одной RNS (рис. 10.4), то участвующие в этой операции RNCs ифают две отдельные логические роли:
Рис. 10.4. Логическая роль RNG для соединения между UE и UTRAN: а) представляет один комплект UE, использующий ресурсы только одного узла В, управляемого DRNC; б) UE при мяпсом хендовере между RNG (сложение производится в SRNC)
зацию управления радиоресурсами, т.е. протокол сигнализаци. между UE и UTRAN. Он осуществляет обработку для данных, по-ступающих и исходящих на радиоинтерфейс. В SRNG выполняются основные операции по управлению радиоресурсами: отображ(
,т ние параметров широкополосного канала радиодоступа на пара метры канала передачи воздушного интерфейса. SRNC може также служить в качестве CRNC какого-либо узла В, используемого UE для подключения к UTRAN. Одно UE, подключенное к UTRAN
-(у. имеет один и только один SRNC.
10.3. Общая модель протокола для наземных интерфейсов UTRAN
Структуры протоколов в наземных интерфейсах UTRAN построены в соответствии с одной и той же общей моделью. Эта модель показана на рис. 10.5. Структура основана на том принципе, что уровни и плоскости являются логически независимыми друг от друга, и при необходимости, отдельные части структуры протоколов могут в будущем изменяться, тогда как прочие части остаются нетронутыми [4].
Горизонтальные уровни. Структура протокола состоит из двух основных уровней: уровня радиосети и уровня транспортной сети. Все вопросы, относящиеся к UTRAN, отражены только для уровня радиосети, а уровень транспортной сети представляет стандартную технологию передачи, которая выбрана для использования в UTRAN, но без каких-либо специальных изменений для UTRAN.
Уровень транспортной сети
Плоскость пользователя транспортной сети
Плоскость управления транспортной сетью
Плоскость пользователя транспортной сети
ШП-каналы пересылки данных
Рис. 10.5. Общая модель протокола для наземных интерфейсов UTRAN 10.3.1. Вертикальные плоскости
Плоскость управления. Используется для всей управляющей информации, ориентированной непосредственно на UMTS. Она включает в себя прикладной протокол (т.е. RANAP в lu, RNSAP в lur й NBAP в lub) и В-канал сигнализации для передачи сообщений при-кпадного протокола.
Прикладной протокол используется для установления В-каналов к UE (т.е. В-канал радиодоступа в lu и в последующем в lur и lub). В структуре с тремя плоскостями параметры В-канала в прикладном протоколе не привязаны непосредственно к технологии плоскости пользователя, а скорее являются общими параметрами В-канала.
В-канал сигнализации для прикладного протокола может быть, а может не быть того же типа, что и В-канал сигнализации для ALCAP. Он всегда устанавливается с помощью действий О&М.
Плоскость пользователя. Вся информация, передаваемая и принимаемая пользователем: кодированная речь при речевом вызове или пакеты при соединении с Интернет предаются через плоскость Пользователя. Плоскость пользователя включает в себя поток(и) данных и В-канал(ы) данных для потоков данных. Каждый поток данных характеризуется одним или несколькими протоколами фреймов, указанных для этого интерфейса.
Протоколы доступа LTE E-UTRAN. Часть 2*
Статья посвящена описанию протоколов доступа на различных уровнях сети LTE. * Часть 1 опубликована в «ЭК» 11, 2011.
К протоколам второго уровня (канального) относятся MAC, RLC и PDCP (см. рис. 1). Протокол сведения пакетных данных (PDСP — Packet Data Convergence Protocol) обеспечивает передачу данных, сжатие заголовка по алгоритму RoHC, шифрование на плоскости пользователя и управления, а также защиту целостности на плоскости управления.
Протокол управления соединением в радиоканале (RLC — Radio Link Control) производит сегментацию, объединение и коррекцию ошибок с помощью ARQ в режиме с подтверждением.
С помощью протокола управления доступом к среде (МАС — Medium Access Control) сигналы логических каналов преобразуются в транспортные, выполняется мультиплексирование и демультиплексирование логических каналов в транспортные блоки, распределение ресурсов, коррекция ошибок с помощью HARQ, выбор формата транспортировки.
В таблице 1 приведены идентификаторы E-UTRAN, с помощью которых производится распознавание абонентского оборудования и других элементов сети.
Функция ARQ выполняет коррекцию ошибок путем повторных передач на канальном уровне в режиме с подтверждением. Функция HARQ выполняет передачу между равноправными устройствами на физическом уровне.
Идентификаторы
Описание
Пользователь
Сеть
Уникальная идентификация на уровне ячеек
Используется для распределения
Semi-Persistent Scheduling C-RNTI
Уникальная идентификация для распределения смешанного типа
Идентификация для процедуры случайного доступа
Идентификация для контроля мощности PUCCH
Однозначная идентификация частотно-временных ресурсов, использующихся UE для передачи преамбулы случайного доступа
Идентификация текущего MME для UE S-TMSI содержат MME-Id
Идентификатор ячеек, глобально использующих MMC, MNC, ECI
Идентификация ячеек в PLMN
Транслируется в каждой ячейке
Идентификация eNB в PLMN
Идентифицирует eNB глобально с MCC, MNC, eNB-Id
Идентификатор области траектории [MCC, MNC, TAC] Транслируется в каждой ячейке
Идентификация EPS-канала в интерфейсе Uu
Идентификация E-RAB, распределенного в UE на S1 & X2
Значение E-RAB Id идентично EPS Bearer Id
Временный UE Id в интерфейсе S1-MME в eNB
Идентифицирует PLMN ячейки, предоставляющей доступ Транслируется в каждой ячейке
Перечень параметров, которые должны быть измерены на оборудовании пользователя для сохранения мобильности между ячейками, устанавливается сетью. В режиме RRC_IDLE применяются установки по умолчанию, рассылаемые широковещательно. В режиме RRC_CONNECTED использу-ется конфигурация параметров, заданная на уровне eNB и записанная в сообщение RRCConnectionReconfiguration. Список параметров приведен в таблице 2. На абонентский терминал поступает инструкция от eNB о том, как проводить измерения в соседней ячейке.
Параметр
Описание
Пример
Объекты, на которых проводятся измерения
Частота несущей, список «черных» ячеек, частота смещения
Периодичность отправки результатов измерения
Получение конфигурации параметров
Сопоставление объектов измерения с формой отчета
Опорные показатели в отчете
Показатели измерений и коэффициенты фильтрации для проведения оценки событий и предоставления отчетности
Коэффициенты фильтрации Количественные показатели: cpich-RSCP, cpich-Ec/No, pccpch-RSCP, RSSI, мощность пилот-сигнала
Периодичность проведения измерений
Промежуток не задан
Качество обслуживания (QoS) в сети LTE характеризуется следующими параметрами: QCI, ARP, GBR и AMBR. Первые две величины применяются для каналов EPS.
QCI — QoS Class Identifier — идентификатор класса QoS. Определение неспецифичных параметров, используемых для управления пересылкой пакетов на уровне потока (весовые коэффициенты распределения, пороговые значения, управляющие пороговые значения очередности, конфигурация протоколов соединения слоев, т.д.), начинается с задания класса качества обслуживания. Он устанавливается заблаговременно оператором, владеющим узлом.
ARР — Allocation and Retention Priority — приоритетность назначения и удержания каналов. Этот параметр используется для решения, принимать ли запрос об установлении или изменении канала. Он также учитывается при выборе потока, который будет прерван в случае, если не будет хватать ресурсов сети (т.е. при хэндовере — смене базовой станции без прерывания сессии).
Каждый канал GBR дополнительно связан со следующими параметрами QoS:
– гарантированная скорость передачи (GBR) — скорость передачи, которая обеспечивается потоком GBR;
– максимальная скорость передачи (MBR).
Для точек доступа APN качество обслуживания зависит от APN-AMBR — общей максимальной скорости передачи для одной точки доступа. Оборудование пользователя в состоянии EMM-REGISTERED характеризуется общей максимальной скоростью передачи на один терминал (UE-AMBR).
Канал EPS/E-RAB — это наименьшая единица для QoS. Внутри канала все SDF обслуживаются одинаково.
Распределение ресурсов передачи в канале общего пользования в обоих направлениях производится на канальном уровне (МАС). Распределитель учитывает объем трафика, требования QoS (GBR, MBR, QCI) и AMBR каждого пользователя и соответствующего потока. Распределитель назначает ресурсы с учетом мгновенных условий в радиоканале (качество канала), которые определяются путем измерений. Этот метод распределения называется зависимым от канала. Качество передачи в нисходящем направлении характеризуется индикатором качества канала CQI.
Моменты времени и частота определения индекса CQI задаются в оборудовании пользователя, причем измерения могут производиться через равные промежутки времени, апериодически, либо по смешанной схеме. При смешанном варианте в одном подкадре могут содержаться два значения, тогда передается только апериодичное. Предусмотрено три типа предоставления CQI:
– широкополосный CQI — позволяет получить информацию о полосе пропускания всей ячейки;
– по выбору абонентского оборудования. Полосу выбирает терминал пользователя. Ресурсы из этой полосы назначаются узлом;
– задается на верхних уровнях. Используется при апериодическом подходе. Инструкции о полосе оборудование пользователя получает из сети.
Для передачи в нисходящем направлении ресурсы сети распределяются динамически на каждом TTI с помощью C-RNTI на PDCCH. Чтобы начать передачу в нисходящем направлении, оборудование пользователя проводит мониторинг канала PDCCH и считывает управляющую информацию (DCI — Downlink Control Information) в поле C-RNTI: тип назначения ресурсов, поразрядная карта отображения, схема модуляции и кодирования (MCS) и коэффициенты для проведения HARQ и управления мощностью передачи. В сообщении о назначении ресурсов указывается, к какому каналу PDSCH и каким образом оборудование пользователя может получить доступ.
Как и в случае передачи в нисходящем направлении, основная задача распределителя в восходящем канале заключается в динамическом распознавании мобильных терминалов, готовых к передаче. В блок распределителя поступает несколько служебных сигналов: запрос на распределение (SR) от пользователя, отчет о статусе буфера (BSR) для логических каналов, требования QoS, приоритетность логических каналов, требования к мощности и т.д. Распределитель присваивает каждой задаче приоритет и тип ресурсов (GBR или нет) на основе QCI. Отчет о статусе буфера содержит размер буфера групп логических каналов. Каждой группе выделяются ресурсы.
Динамическое распределение подразумевает повторную передачу отчетов BSR и запросов SR, чтобы получить дополнительные ресурсы для пересылки данных или предоставления отчетов BSR. Для сетей VoIP такой подход неэффективен, поскольку используется большое количество управляющих сигналов. Вместо него применяется распределение ресурсов с назначением на длительный период (время разговора). Однако при данном подходе ресурсы канала используются неэффективно, поскольку они не освобождаются сразу по окончании передачи, пока не закончится отведенный период.
Третий тип является комбинацией двух предыдущих. По запросу распределителя в начале сеанса в восходящем канале пользователю предоставляется необходимое количество ресурсов передачи. С периодичностью, определенной в RRC, время пользования продлевается до тех пор, пока приходит сигнал подтверждения передачи ACK. Как только будет получен NACK, узел eNB переходит в режим динамического распределения ресурсов для ретрансляции. Когда все пакеты переданы, отведенные ресурсы перераспределяются между другими абонентами.
Механизмы обеспечения безопасности делятся на две большие группы: защита передачи в восходящем направлении и защита сети. Обмен информационными и служебными данными (сообщениями RRC) защищается с помощью таких процедур как шифрование, аутентификация и сохранение целостности сигнала. Кроме того, модуль ММЕ для каждого узла eNB назначает ключи безопасности. Одновременно защитные меры по сохранению целостности сигнала принимаются на уровне NAS. Защита сети подразумевает защиту пользовательских данных и сигналов, передаваемых между E-UTRAN и EPC.
Назначение данной процедуры заключается в обеспечении эффективного использования доступных ресурсов радиоканала. В частности процедура управления радиоресурсами (RRM — Radio Resource Management) в E-UTRAN обеспечивает механизмы управления (назначение, переназначение, освобождение) ресурсов в среде с одной или несколькими ячейками. Это центральное приложение в узле, который отвечает за взаимодействие протоколов RRC, S1AP, X2AP, Uu, S1 и X2 (см. рис. 2).
Функции RRM:
1. RAC — управление доступом к радиоресурсам. Этот функциональный модуль принимает решение об установлении новых радиоканалов. Управление доступом осуществляется в соответствии с классом QoS, текущей загрузкой сети и набором запрашиваемых сервисов. RAC обеспечивает высокую степень использования ресурсов и приемлемый уровень качества обслуживания для одновременных сессий.
2. RBC — управление радиопотоками. Данный модуль отвечает за установление, поддержание и освобождение радиоканалов. Участвует в процессе окончания сессии, хэндовере и других процедурах.
3. СМС — управление мобильностью соединения. Этот модуль отвечает за распределение ресурсов в режиме ожидания и при наличии соединения. В режиме ожидания он определяет критерии и алгоритмы выбора ячейки, повторного выбора ячейки и регистрации местоположения, которые помогают абонентскому оборудованию найти лучшую базовую станцию. Кроме того узел eNB производит широковещательную рассылку перечня параметров для измерения и формата предоставления отчета. В режиме соединения модуль управляет мобильностью радиосоединения, сохраняя связь при переключении на другую ячейку. Решение о хэндовере принимаются на основе результатов измерений, предоставленных пользователем или узлом. Процедура хэндовера состоит из проведения измерений, их фильтрации и предоставления отчета. Дополнительно могут учитываться такие сигналы как загрузка соседней ячейки, распределение трафика, транспортные и аппаратные ресурсы, политика оператора.
4. DRA — динамическое отведение ресурсов. Распределение пакетов. Задача данного модуля заключается в назначении и изъятии ресурсов для пакетов на плоскостях пользователя и управления. Обычно рассматриваются требования к качеству обслуживания радиоканала, информация о качестве канала, статус буфера, уровень интерференции, а также ограничения, накладываемые ресурсными блоками.
5. ICIC — координация интерференции между ячейками. Эта функция аналогична RRM, но проводится на нескольких ячейках одновременно. Оценивается статус использования ресурсов и загрузка сети на нескольких ячейках.
6. Балансирование нагрузки. Управление неравномерным распределением трафика по нескольким ячейкам так, чтобы, во-первых, ресурсы использовались с максимальной эффективностью, во-вторых, чтобы качество обслуживания выполняемых сессий поддерживалось на максимально высоком уровне и, наконец, чтобы вероятность обрыва соединения сводилась к минимуму. Перераспределение трафика между ячейками может производиться путем повторного выбора ячейки или хэндовера.
7. IRRRM — управление радиоресурсами для обеспечения мобильности при смене технологии радиодоступа (RAT), особенно при хэндовере. Принимаются во внимание не только возможности оборудования пользователя, но и политика оператора, а также наличие ресурсов RAT.
Процедура RRM проводит преобразование параметров профиля подписчика (SPID), полученных по интерфейсу S1, в локально определенную конфигурацию, чтобы применить специфические стратегии RRM (например, определить приоритеты в режиме RRC_IDLE и контролировать хэндовер в режиме RRC_CONNECTED). Величина SPID характеризует профиль мобильности абонента или профиль использования служб.
Стандарты 3GPP LTE нацелены на очень высокую скорость передачи (с MIMO и без, используя эффективность спектра и меньшую задержку в радиосети), обеспечение гибкости использования спектра, бесшовной мобильности соединения и улучшенного качества обслуживания по всей сети IP. В ближайшие несколько лет технология выйдет на коммерческий рынок.
ПО Trillium LTE компании Continuous Computing предназначено для различных составляющих LTE: фемтоячеек (Home eNodeB), пико- и макро-eNodeB, модуля ММЕ усовершенствованного пакетного ядра, обслуживающих шлюзов (SWG), шлюзов обработки пакетных данных (ePDG) и т.д. Протоколы Trillium для eNodeB совместимы с последней версией стандартов 3GPP LTE, что позволяет потребителям быстро создавать инфраструктуру и в кратчайшие сроки выпускать устройства на рынок.
Преимущества и возможности Trillium LTE:
– предустановленное ПО для упрощения процесса проектирования;
– демонстрационные приложения по использованию ключевых интерфейсов LTE, в частности LTE-Uu, S1, S6, S7, S10, X2;
– архитектура Тrillium Advanced Portability (TAPA) для ускорения проектирования и упрощения модернизации устройств в будущем;
– универсальное для всех платформ ПО со встроенной поддержкой основных операционных систем;
– оптимизированные характеристики, отвечающие требованиям сети;
– возможность встраивания в самые современные сетевые решения стандарта LTE.