Общая структура сети LTE PDF Print E-mail
Written by Administrator   
Monday, 20 August 2012 01:50

Создание конкурентной технологии построения сетей мобильной связи на основе сети мобильной связи WiMAX (стандарт IEEE 802.16е) активизировало усилия участников проекта 3GPP по разработке на основе технологии OFDM эволюционного варианта сети UMTS, названного LTE.

Сеть LTE состоит из двух важнейших компонентов [1]: сети радиодоступа E-UTRAN и базовой сети SAE (System Architecture Evolution) (рис. 3.1).Основными требованиями проекта 3GPP к сети SAE были: максимально возможное упрощение структуры сети и исключение дублирующих функций сетевых протоколов, характерных для системы UMTS.Сеть радиодоступа E-UTRAN рассмотрена в ряде технических спецификаций, согласно которым она состоит только из базовых станций eNB (evolved Node В). Базовые станции eNB являются элементами полносвязной сети E-UTRAN и соединены между собой по принципу «каждый с каждым» при помощи интерфейса Х2. Интерфейс Х2 поддерживает хэндовер мобильного терминала в состоянии LTE_ACTIVE. Каждая базовая станция имеет интерфейс Sic базовой сетью SAE, построенной по принципу коммутации пакетов.

Базовая сеть SAE [3], иногда называемая сетью ЕРС (Evolved Packet Core), содержит узлы MME/UPE [4, 7, 8], состоящие из логических элементов ММЕ и UPE. Логический элемент ММЕ (Mobility Management Entity) отвечает за решение задач управления мобильностью абонентского терминала и взаимодействует с базовыми станциями eNB сети E-UTRAN с помощью протоколов плоскости управления C-plane (интерфейс Sl-С). Логический элемент UPE (User Plane Entity) отвечает за передачу данных пользователей согласно протоколам плоскости пользователя U-plane и взаимодействует с eNB посредством интерфейса S1-U.

Благодаря интерфейсу S1 базовые станции соединены с несколькими узлами MME/UPE, что позволяет более гибко использовать сетевой ресурс. Такой интерфейс называют Sl-flex.

Сеть LTE имеет следующие функциональные отличия от сети UMTS.
1.    Базовые станции eNB выполняют функции управления радиоресурсами
(Radio Resource Management — RRM): управление радиоканалами (Radio Bearer Control), управление доступом (Radio Admission Control), управление мобильностью (Connection Mobility Control), динамическое распределение ресурсов (Dynamic Resource Allocation). Таким образом, в сети радиодоступа E-UTRAN базовые станции eNB управляют протоколами радиоинтерфейса, комбинируя выполнение функций базовых станций Node В и большинство функций контроллера RNC сети UMTS.

2.    Сетевой элемент управления мобильностью ММЕ отвечает за распределение сообщений вызова (paging) к базовым станциям eNB. Кроме того, ММЕ управляет протоколами плоскости управления: назначения идентификаторов абонентских терминалов, обеспечения безопасности сети, проверки подлинности сообщений абонентов и управления роумингом.

3.    Сетевой элемент плоскости пользователя UPE выполняет сжатие заголовков IP-протоколов, шифрование потоков данных, терминацию пакетов данных плоскости пользователя, коммутацию пакетов данных при обеспечении мобильности пользователя. Кроме того, UPE управляет протоколами пользовательского уровня, например, хранением текущего статуса абонентского терминала (АТ), прерыванием состояния LETJDLE на уровне абонентских терминалов.
Одной из важнейших задач управления в сети LTE является максимально эффективное использование радиоресурсов. Данная задача решается с помощью совокупности функций управления радиоресурсами RRM (управление радиоресурсами сети E-UTRAN, управление службой передачи данных в радиоканале, управление мобильностью, управление доступом, динамическое распределение ресурсов) и с помощью протокола управления радиоресурсами RRC. Требования к функциям управлению радиоресурсами приведены в TR 25.913.

Управление радиоресурсами сети E-UTRAN (Inter Cell RRM) обеспечивает управление ресурсами группы сот в целях повышения эффективности использования частотного спектра и минимизации помехового взаимного влияния абонентских терминалов и базовых станций, а также поддержку мобильности.
Управление службой переанных в радиоканале (RB Control) реализовано в базовых станциях eNB сети E-UTRAN и обеспечивает установление, поддержание и освобождение радиоканалов передачи парараметрами в сети E-UTRAN. Основными задачами являются контроль и управление всеми активными сессиями передачи данных с учетом параметров каче ства услуг (QoS), выделение ресурсов для вновь активируемых сессий.

Управление мобильностью (Connection Mobility Control) позволяет выбирать обслуживающую базовую станцию eNB для мобильного терминала, передавать обслуживание мобильного терминала от одной базовой станции eNB (хэндовер) к другой. Выбор обслуживающей eNB осуществляется мобильным терминалом на основе собственных измерений в состоянии RRC_CONNECTED и сравнения полученных измерений с установленными пороговыми значениями. Хэндовер реализован на основе анализа измерений как мобильного терминала, так и базовой станции eNB, а также текущей загрузки обслуживающей и соседних сот, политикой оператора по регулированию трафика.

Поддержку мобильности абонентского терминала в сети SAE обеспечивает логический элемент ММЕ. Основными функциями ММЕ являются:

-    управление мобильностью абонентского терминала, находящегося в состоянии RRC_IDLE (Idle State Mobility Handling);

-    управление безопасностью мобильной связи (NAS Security) в соответствии с протоколами, относящимися к группе протоколов «уровня без доступа» и обеспечивающими, например, аутентификацию пользователей, управление ключами шифрования данных;

-    управление службой передачи данных сети SAE (SAE Bearer Control).

Параметры функций управления радиоресурсами сети E-UTRAN (Inter

Cell RRM), управления службой передачи данных в радиоканале (RB Control) и управления мобильностью (Connection Mobility Control) могут быть кастомизированы в соответствии с требованиями оператора.

Основной задачей управления доступом (Radio Admission Control) является формирование решений о предоставлении доступа мобильному терминалу к сети E-UTRAN. Данная задача решается на основе многокритериального анализа загрузки сети радиодоступа, требований мобильного терминала к параметрам QoS.

Динамическое распределение ресурсов (Dynamic Resource Allocation; Scheduler) отвечает за планирование очередности передачи пакетов данных и позволяет динамически выделять и перераспределять ресурсы сети радиодоступа, включая канальные ресурсы, мощность излучения базовых станций, ресурсы буферизации при обработке пакетов данных с учетом параметров QoS.

Протокол управления радиоресурсами RRC плоскости C-plane обеспечивает:

-    вещание служебной информации в соответствии с протоколами, относящимися к группам протоколов «уровня с доступом» и «уровня без доступа» (соответственно AS — Access Stratum и NAS — Non-Access Stratum);

-    пейджинг мобильного терминала;
-установление, поддержание и закрытие RRC-соединений между абонентским терминалом и сетью E-UTRAN;

-    управление ключами шифрования;

-    установление, поддержание и закрытие служб передачи данных в радиоканале (Radio Bearers) типа «точка-точка» и «точка-многоточка» с заданными параметрами QoS;

-    мобильность абонентских терминалов.

Кроме того, протокол RRC обеспечивает выполнение ряда других функций.

Протокол сходимости пакетных данных (Packet Data Convergence Protocol — PDCP) плоскостей U-plane и С-Plane обеспечивает устранение избыточности (сжатие) служебной информации, объем которой может быть соизмерим с объемом полезной информации, передаваемой в пакетах данных, а также шифрование/дешифрование данных.

Протокол управления радиоканалом (Radio Link Control — RLC) обеспечивает:

-    сегментацию и компоновку пакетов данных протоколов более высокого уровня (Protocol Data Unit — PDU) переменной длины в меньшие блоки полезной нагрузки (Packet Unit — PU); размер блока PU определяется в соответствии со скоростью передачи информации в радиоканале;

-    конкатенцию (сочленение) коротких пакетов PDU верхнего уровня;

-    заполнение остатка поля данных блока PU, если сочленение неприемлемо;

-    передачу данных пользователя с подтверждением и неподтверждением приема в соответствии с параметрами QoS;

-    исправление ошибок методом повторной передачи (ARQ) пакетов данных;

-    сохранение на более высоком уровне порядка доставки пакетов PDU при передаче данных с подтверждением приема;

-    обнаружение дублирования пакетов PDU для доставки их на более высокий уровень только один раз;

-    управление скоростью передачи данных;

-    контроль порядковых номеров пакетов.