E utran что это

4.14. Процедура межсистемного хэндовера из utran в e-utran

Эта процедура является зеркальной по отношению к хэндоверу, рассмотренному в предыдущем параграфе. Она также состоит из двух фаз: подготовки хэндовера и выполнения хэндовера. Алгоритм первой фазы приведен на рис. 4.17 [20].

Прохождение трафика до начала хэндовера показано на рис.4.17 пунктиром. Процедуру запускает контроллер сети UTRAN RNC (п.1). Он отправляет SGSN сообщение Handover Required, содержащее Cause, идентификатор eNB, идентификатор RNC, контейнер с параметрами UE для выделения ресурсов в eNB, ММЕ и целевом S-GW (п.2). Далее в п.7 ММЕ идентифицирует сквозные каналы, которые надо будет организовать при переключении UE на сеть E-UTRAN.

П.3. Из полученного сообщения SGSN заключает, что RNC запрашивает хэндовер в сеть E-UTRAN. SGSN отправляет ММЕ сообщение Forward Relocation Request о выделении ресурсов для обслуживания абонента, включающее IMSI, идентификатор eNB, Cause, базу данных (контекст) по протоколу ММ, идентификатор текущей сети обслуживания, адрес SGSN и TEID интерфейса для сигнализации, контейнер данных абонента, часовой пояс обслуживания абонента. Сообщение содержит контекст всех сквозных каналов, обслуживающих абонента с

Рис.4.17. Подготовка хэндовера из UTRAN в E—UTRAN

их точками доступа (APN), адреса и TEID туннелей вверх в исходном S-GW. Если активизирован ISR, то он сохраняется активированным и после хэндовера.

Получив сообщение Forward Relocation Request, целевой ММЕ устанавливает сквозные каналы абонента в порядке приоритетов и определяет те каналы, которые сеть не сможет поддерживать. База данных по протоколу ММ обеспечивает выполнение процедур безопасности при обслуживании абонента в сети E-UTRAN. ММЕ определяет максимальную пропускную способность потоков данных абонента через точки доступа.

П.4. ММЕ определяет, следует ли заменить S-GW. Если происходит замена S-GW, то ММЕ направляет ему сообщение Create Session Request. Оно содержит IMSI, адрес ММЕ и TEID для сигнального соединения, адреса PDN GW для пользовательских каналов и сигнальных соединений, PDN GW TEID туннелей вверх в пользовательской и сигнальной плоскостях, тип соединения на S5/S8 (IPv4 или IPv6). Требуемый тип протокола устанавливает S-GW.

S-GW выделяет ресурс для обслуживания абонента и отвечает сообщением Create Session Response (адреса S-GW в пользовательской и сигнальной плоскостях, TEID туннелей вверх в пользовательской и сигнальной плоскостях) – п.4а.

П.5. ММЕ посылает запрос Relocation Request на целевой eNB для выделения канального ресурса и организации сквозных каналов В запросе передают идентификатор UE, Cause, базу данных для выполнения процедур безопасности, список сквозных каналов с их параметрами , контейнер данных UE, информацию об ограничениях доступа абонента к ресурсам сети при хэндоверах. В запрос также включают адрес S-GW в пользовательской плоскости и TEID для туннелей вверх. eNB выделяет ресурсы для организации запрошенных сквозных каналов.

П.5а. В обратном сообщении Relocation Request Acknowledge eNB отправляет контейнер для RNC, список установленных сквозных каналов и, если есть таковые, список каналов, которые не установлены и чей контекст будет деактивирован. Теперь eNB готов принимать пакеты данных абонента в направлении вниз по организованным сквозным каналам.

П.6 выполняют в случае замены S-GW и создания обходного пути (Indirect Forwarding) для трафика вниз в процессе хэндовера. В сообщении Create Indirect Data Forwarding Tunnel Request целевой S-GW получает адрес и TEID eNB. В обратном сообщении Create Indirect Data Forwarding Tunnel Response S-GW передает свой адрес и TEID (п.6а).

П.7. ММЕ отправляет SGSN ответ Forward Relocation Response (Cause, адрес ММЕ и TEID для сигнализации, контейнер для UE, индикатор замены S-GW, информация об организации сквозных каналов в сети Е-UTRAN и параметры для организации промежуточных туннелей при передаче трафика вниз в процессе хэндовера).

Если не было замены S-GW или была замена, но существует прямое физическое соединение между исходным RNC и целевым eNB (Direct Forwarding), то сообщают адрес и TEID eNB для каналов трафика.

Если нет физического соединения между исходным RNC и целевым eNB (Indirect Forwarding) и произошла замена исходного S-GW на целевой, то сообщают адрес и TEID целевого S-GW.

П.8 выполняют при организации Indirect Forwarding. SGSN направляет в S-GW, используемый при Indirect Forwarding, сообщение Create Indirect Data Forwarding Tunnel Request, содержащее идентификаторы сквозных каналов, адрес и TEID, полученные SGSN в п.7. Обычно этим S-GW является исходный S-GW, но может быть и другой обслуживающий шлюз. В ответном сообщении Create Indirect Data Forwarding Tunnel Response (п.8а) S-GW сообщает свой адрес и TEID для организации временного туннеля.

Алгоритм следующей фазы выполнения хэндовера показан на рис. 4.18.

П.1. SGSN завершает подготовку к хэндоверу, посылая RNC Handover Command, содержащую контейнер для RNC, список сквозных каналов, которые следует деактивировать, и каналов, которые надо организовать для временной передачи трафика вниз (RABs Subject to Data forwarding list). Для организации этих каналов eNB получает адреса и TEID, которые были пересланы SGSN в пп. 7 при Direct Forwarding или 8а при Indirect Forwarding подготовительной фазы (рис. 4.16). В результате будет обеспечен либо прямой путь передачи данных RNC→eNB, либо обходной через исходный S-GW в зависимости от конфигурации сети. Если в сети UTRAN был непрямой туннель трафика (через SGSN), то при Indirect Forwarding RNC получает для обходного туннеля адрес и TEID SGSN.

П.2. RNC посылает UE команду выполнить хэндовер. В этой команде UE передают контейнер, содержащий необходимые для хэндовера параметры, которые eNB загрузил в контейнер в подготовительной фазе. Приняв команду, UE останавливает передачу трафика вверх, устанавливает соответствие идентифи каторов сквозных каналов в Е-UTRAN с NSAPI каналов в UTRAN и выполняет процедуру доступа к сети Е-UTRAN (п.4).

Рис.4.18. Выполнение хэндовера из UTRAN в E—UTRAN

П.5. Получив доступ к eNB, UE отправляет ему сообщение HO to E—UTRAN complete.

П.6. Сообщением Handover Notify eNB информирует ММЕ о завершении подключения UE к сети Е-UTRAN.

П.7. SGSN получает от MME уведомление Forward Relocation Complete Notification о том, что UE обслуживается сетью UTRAN. Если произошла замена S-GW, то ММЕ сообщает об этом SGSN. Если замены не было, то SGSN может активировать ISR и известить об этом ММЕ в уведомлении. В таком случае SGSN сохранит и будет вести параллельно с ММЕ базу данных абонента. SGSN подтверждает получение уведомления (п.7а).

SGSN запускает таймер, по истечении которого будет удален контекст абонента в RNC и исходном S-GW, если он был заменен на целевой. Если трафик вниз идет по варианту Indirect Forwarding, то, получив от SGSN подтверждение (7а), ММЕ также запускает таймер хранения ресурсов в целевом S-GW.

П.8. ММЕ приступает к завершающей фазе хэндовера. Он отправляет обслуживающему S-GW сообщение Modify Bearer Request, содержащее Cause, адрес MME и TEID туннеля сигнализации, адрес eNB и TEID туннеля трафика вниз, идентификаторы сквозных каналов. Если PDN GW требует информацию о локализации абонента, то ММЕ передает дополнительные параметры. Если хэндовер произошел без смены S-GW, то может быть активизирован ISR.

Все сквозные каналы, которые не были сохранены при хэдовере, ММЕ деактивирует.

П.9 выполняют при замене S-GW, при смене сети радиодоступа или серьезных изменений в локализации абонента. Если заменен S-GW, то в сообщении Modify Bearer Request целевой S-GW передает PDN GW свой адрес и TEID для организации туннеля вниз на интерфейсе S5/S8. При смене сети радиодоступа или локализации абонента возможны изменения тарифов обслуживания. PDN GW обязательно отвечает подтверждением Modify Bearer Response (п.9а).

П.10. S-GW в сообщении Modify Bearer Response подтверждает переключение соединения вниз (Cause, адрес S-GW и TEID для сигнализации). Теперь трафик вниз следует по маршруту PDN GW→ S-GW→eNB. Если замены S-GW не было, то сразу после переключения каналов трафика S-GW передает несколько маркерных пакетов по старому пути, сигнализируя о завершении передачи

П.11 выполняется в том случае, когда UE по окончании передачи трафика находит, что необходимо запустить процедуру Tracking Area Update.

П.12. Когда срабатывает таймер, установленный в п.7, SGSN отправляет RNC Release Command для стирания в нем базы данных абонента. RNC отвечает подтверждением Release Complete.

Если произошла замена S-GW, то SGSN сообщением Delete Session Request дает команду исходному S-GW удалить контекст абонента. S-GW отвечают SGSN подтверждением полученной команды.

ПП13 и 14 выполняют в том случае, если произошла замена S-GW и до переключения туннеля трафик вниз из PDN GW шел по варианту Indirect Forwarding. SGSN дает команду исходному S-GW, а ММЕ – целевому S-GW освободить канальный ресурс, выделенный для организации временного туннеля между ними. Оба S-GW подтверждают получение команд.

Контрольные вопросы к главе 4.

1. Каково назначение процедуры RRC connection establishment? В каком состоянии находится UE до процедуры и по ее завершении?

2. Каково назначение процедуры Attach? Какие функциональные элементы в ней участвуют?

3. Какие каналы организуют в сети по завершении процедуры Attach?

4. В каких случаях происходит запуск процедуры Tracking Area Update?

5. Какие функциональные элементы участвуют в процедуре Tracking Area Update?

6. Какие соединения сквозных каналов остаются в сети после перевода станции в состояние IDLE?

7. В чем состоит назначение процедуры Service Request и в каких случаях ее запускают?

8. Опишите, что происходит при организации (активации) сквозного канала.

9. В чем сходство и различия процедур активации и изменения парамтров качества сквозного канала?

10. Из каких этапов состоит процедура внутрисистемного хэндовера?

11. Что происходит на 3 этапе хэндовера – “запаздывающем переключении”? Почему на соединении S-GW – eNB переключают только туннель вниз?

12. Что происходит на подготовительном этапе при межсистемных хэндоверах?

13. Как переключают сквозные каналы вверх и вниз при межсистемном хэндовере?

1. Системы и сети радиодоступа 4G: LTE, WiMAX/А.Е.Рыжков А.Е., М.А.Сиверс В.О.Воробьев, А.С.Гусаров, А.С.Слышков, Р.В.Шуньков. – СПб: Линк, 2012. – 226с.
2. Бабков В.Ю., Цикин И.А. Сотовые системы мобильной радиосвязи. – СПб.: Изд-во Политехн. Ун-та, 2011. – 426с.
3. 3GPP TS 29.281; General Packet Radio System (GPRS); Tunnelling Protocol User Plane (GTPv1-U)
4. 3GPP TS 29.274; Evolved General Packet Radio Service (GPRS); Tunnelling Protocol for Control plane (GTPv2-C); Stage 3
5. 3GPP TS 36.300; Evolved Universal Terrestrial Radio Access (E-UTRA) and Evolved Universal Terrestrial Radio Access Network (E-UTRAN); Overall description; Stage2.
6. Nupur Rastogi, Ragiv Gupta. LTE Advanced – LIPA and SIPTO, Jul.2012.- http://info.aricent.com/LIPA_SIPTO_Whitepaper_Registration_aw.html
7. 3GPP TR 23.829; Local IP Access and Selected IP Traffic Offload (LIPA-SIPTO)
8. 3GPP TR 23.859; LIPA Mobility and SIPTO at the Local Network
9. 3GPP TS 36.211; Physical Channels and Modulation
10. 3GPP TS 36.101; User Equipment (UE) radio transmission and reception
11. 3GPP TS 36.331; Radio Resource Control (RRC)
12. MIMO-OFDM for LTE, Wi-Fi and WiMAX: Coherent versus Non-coherent and Cooperative Turbo-transceivers/L.Hanzo, Y.Akhtman, Li Wang, Ming Yiang. – Chichester, 2011. – 658p.
13. Dahlman E., Parkval S, Sköld J. 4G LTE/LTE-Advanced for Mobile Broadcast.- Oxford, 2011.- 431p.
14. Шлома А.М., Бакулин М.Г., Крейнделин В.Б., Шумов А.П. Новые алгоритмы формирования и обработки сигналов в системах подвижной связи. -М.: Горячая линия.-Телеком, 2008.-344с.
15. Evolution of Reference Signals for LTE-Advanced Systems/ Young-Han Nam, Yosuke Akimoto, Younsun Kim and oth – IEEE Communications Magazine, Feb. 2012.- p.132-138.
16. Coordinated Multipoint Transmission and Reception in LTE-Advanced: Deployment Scenarios and Operational Challenge/D.Lee, H.Seo, B.Clerckx and oth – IEEE Communications Magazine, Feb. 2012.- p.148-155.
17. Kuldeep Kumar A comparison of different detection algorithms in a MIMO system/ International Journal of Advanced Engineering Sciences and Technologies.- 2011, Vol 7, No. 2 — p.301 – 304.
18. Overview of 3GPP LTE-Advanced Carrier Aggregation for 4G Wireless Communications/ Z. Shen, A. Papasakellariou, J. Montojo and oth. – IEEE Communications Magazine, Feb. 2012.- p.122-130.
19. 3GPP TS 23.203; Policy and charging control architecture
20. 3GPP TS 23.401; General Packet Radio Service (GPRS) enhancements for Evolved Universal Terrestrial Radio Access Network (E-UTRAN) access
21. 3GPP TS 36.213; Physical layer procedures
22. 3GPP TS 36.321; Medium Access Control (MAC) protocol specification
23. 3GPP TS 36.413; S1 Application Protocol (S1 AP)
24. 3GPP TS 22.042; Network Identity and TimeZone (NITZ); Service description; Stage1
25. 3GPP TS 43.129; Packet-switched handover for GERAN A/Gb mode; Stage 2
26. Телекоммуникационные технологии: введение в технологии GSM/ С.Б.Макаров, Н.В.Певцов, Е.А.Попов, М.А.Сиверс – М.: Издательский центр “Академия”, 2006. – 256c.
27. Скрынников В.Г. Радиоподсистемы UMTS/LTE. Теория и практика. – М.: Спорт и Культура – 2000, 2012. – 864с.

3G	3 Generation – система связи 3-го поколения
3GPP	3G Partnership Project – Объединение по разработке стандартов мобильной связи 3-4 поколений
4G	4 Generation – система связи 4-го поколения
4-ФМ	4-х позиционная фазовая модуляция
16-КАМ	16-позиционная квадратурная амплитудная модуляция
64-КАМ	64-позиционная квадратурная амплитудная модуляция
БПФ	Быстрое преобразование Фурье
ДПФ	Дискретное преобразование Фурье
ОБПФ	Обратное быстрое преобразование Фурье
ПО	Программное обеспечение
РБ	Ресурсный блок
РЭ	Ресурсный элемент
ACK	Acknowledgement — подтверждение
AP	Access Point – точка доступа
AP	Application Part – прикладная часть
APN	Access Point Name – имя точки доступа
APN-AMBR	APN Aggregate Maximum Bit Rate – максимальная скорость передачи данных через точку доступа по каналу с негарантированной скоростью для UE
ARP	Allocation and Retention Priority — приоритет в организации и сохранении сквозных каналов
AS	Access Stratum – доступный уровень команд
CCCH	Common Control Channel– общий канал управления
CDMA	Code Division Multiple Access – множественный доступ с кодовым разделением каналов
CGI	Cell Global Identity – глобальный идентификатор соты
CN	Core Network – ядро сети (подсистема коммутации)
CP	Cyclic Prefix – циклический префикс (в OFDM)
CRS	Cell-Specific Reference Signal – опорный символ (сигнал)
CSG	Closed Subscriber Group – закрытая группа пользователей
CSN	Connectivity Services Network – подсеть, имеющая выход на Интернет
CQI	Channel Quality Indication – индикатор качества канала
DCCH	Dedicated Control Channel – выделенный канал управления
DHCP	Dynamic Host Configuration Protocol – сетевой протокол для получения IP-адресов и других параметров
DL	Downlink – передача вниз
eNB (eNodeB)	Evolved NodeB – (эволюционизированный) узел базовых станций в сети LTE
EPC	Evolved Packet Core – (эволюционизированное) ядро сети стандарта LTE
EPS	Evolved Packet System – эволюционизированная пакетная система
E-UTRAN	Evolved Universal Terrestrial Radio Access Network – сеть радиодоступа стандарта LTE
FDD	Frequency Division Duplex – частотный дуплекс
FDMA	Frequency Division Multiple Access – множественный доступ с частотным разделением
GBR	Guaranteed Bit Rate – передача с гарантированной скоростью
GERAN	GSM/EDGE Radio Access Network – сеть радиодоступа GSM с поддержкой технологии EDGE
GPRS	General Packet Radio Service – технология пакетной передачи в сотовых сетях
GSM	Global System for Mobile communications – цифровой стандарт сотовой связи 2-го поколения
GTP	GPRS Tunnelling Protocol – GPRS туннельный протокол
GTP-U	GPRS Tunnelling Protocol for User Plane– GPRS туннельный протокол в пользовательской плоскости
GUTI	Globally Unique Temporary Identifier – глобальный временный идентификатор абонента в сети LTE
GW	Gateway — шлюз
HARQ	Hybrid Automatic Repeat request – гибридная технология автоматического запроса на повторение передачи
HeNodeB (HeNB)	Home eNodeB – домашняя базовая станция в фемтосоте сети LTE
HSS	Home Subscriber Server – сервер данных абонентов домашней сети
IEEE	Institute of Electrical and Electronics Engineers – Институт инженеров по электротехнике и радиоэлектронике
IMEI	International Mobile Equipment Identity – международный идентификатор мобильного оборудования
IMS	IP Multimedia Subsystem – подсистема предоставления мультимедийных услуг на основе протоколов IP
IMSI	International Mobile Subscriber Identity – международный идентификатор абонента подвижной связи
IP	Internet Protocol – протокол Интернета (Интернет-сеть)
IP-CAN	IP-Connectivity Access Network – сеть доступа, обеспечивающая соединение по IP-протоколу
ISR	Idle Mode Signaling Reduction – функция параллельной поддержки абонента в сетях LTE и GERAN/UMTS
L	Layer – уровень (протокольный)
LBI	Linked EPS Bearer Identity – идентификатор присоединенного сквозного канала по умолчанию
LIPA	Local IP Access – локальный доступ к IP-сети
LTE	Long Term Evolution – долговременная эволюция: стандарт пакетной сотовой связи 4G E-UTRAN
LTE-A	Long Term Evolution-Advanced – новый вариант стандарта LTE с расширенными возможностями
MAC	Medium Access Control – управление доступом к среде передачи
MIMO	Multiple Input — Multiple Output – многоантенная технология
MM	Mobility Management – управление мобильностью
MME	Mobility Management Entity – модуль управления мобильностью
MS	Mobile Station  мобильная станция, абонентская станция (АС)
MSISDN	Mobile Subscriber ISDN Number – номер абонента GSM/UMTS в сети ISDN
MU-MIMO	MIMO для группы абонентов
NACK	Non Acknowledgement — неподтверждение
NAS	Non Access Stratum – недоступный слой (при сигнализации)
Node B	Узел базовых станций
Non-GBR	Передача не с гарантированной скоростью
OFDM	Orthogonal Frequency Division Multiplexing – ортогональное частотное разнесение
PBCH	Physical Broadcast Channel – физический вещательный канал
PCFICH	Physical Control Format Indicator Channel – физический канал передачи формата канала PDCCH
PCRF	Policy and Charging Resource Function – узел управления ресурсами сети
PDCCH	Physical Downlink Control Channel – физический канал управления вниз
PDP	Packet Data Protocol – протокол пакетной передачи данных
PDSCH	Physical Downlink Shared Channel – физический канал вниз с разделением пользователей
PERL	Packet Error Loss Rate – относительная величина непринятых пакетов
PDN GW	Packet Data Network Gateway – шлюз для выхода на пакетную сеть
P-GW	То же, что PDN GW
PHICH	Physical Hybrid ARQ Indicator Channel – физический канал передачи ACK/NACK полученных сообщений вверх
PRACH	Physical Random Access Channel – физический канал случайного доступа
PS	Packet Switched – с коммутацией пакетов
PSS	Primary Synchronization Signal – первичный синхронизирующий сигнал
PTI	Procedure Transaction Identifier – идентификатор транзакции при запуске процедур со стороны UE
PUCCH	Physical Uplink Control Channel – физический канал управления вверх
PUSCH	Physical Uplink Shared Channel – физический канал вверх с разделением пользователей
QCI	QoS Class Identifier – идентификатор класса качества услуг
QoS	Quality of Service – качество услуг
RAB	Radio Access Bearer – сквозной канал между UE и ядром сети
RACH	Random Access Channel –канал случайного доступа
RB	Radio Bearer – сквозной канал между UE и UTRAN
RNC	Radio Network Controller – контроллер базовых станций в UTRAN
RNTI	Radio Network Temporary Identifier – временный идентификатор абонента
RRC	Radio Resource Control – управление радиоресурсом
RRM	Radio Resource Management – управление радиоресурсом
RS	Reference Signal – опорный сигнал
RSRP	Reference Signal Received Power – мощность опорного сигнала, измеренная приемником UE
S1-U	Интерфейс S1 в пользовательской плоскости
S1-C	Интерфейс S1 в сигнальной плоскости
S1-MME	То же что и S1-C
SC-FDMA	Single Carrier-Frequency Division Multiple Access – многостанционный доступ с частотным разделением каналов на одной несущей
SCTP	Stream Control Transmission Protocol – протокол транспортного уровня в сигнальной плоскости
SGSN	Serving GPRS Support Node  обслуживающий узел поддержки услуг GPRS
S-GW	Serving Gateway – обслуживающий шлюз
SIB	System Information Block — ,блок системной информации
SM	Session Management – управление сеансом связи
SSS	Secondary Synchronization Signal – вторичный синхронизирующий сигнал
STC	Space/Time Coding – пространственно-временное кодирование
SU-MIMO	Single-user MIMO – MIMO для одного абонента
TA	Tracking Area – зона слежения
TAI	Tracking Area Identifier – идентификатор зоны слежения
TAU	Tracking Area Update – процедура локализации в сетях LTE
TCH	Traffic Channel – канал трафика
TCP	Transmission Control Protocol – протокол управления передачей
TDD	Time Division Duplex – временной дуплекс
TDMA	Time Division Multiple Access – множественный доступ с временным разделением
TEID	Tunnel Endpoint Identifier – идентификатор конечной точки туннеля
TFT	Traffic Flow Template – протокольная структура потока трафика
TMSI	Temporary Mobile Subscriber Identity – временный номер мобильного абонента
TS	Time Slot – временной интервал (таймслот)
UDP	User Datagram Protocol – протокол передачи пользовательского пакета (дейтаграммы)
UE	User Equipment – абонентский терминал в сетях UMTS и LTE
UL	Uplink –передача вверх
UMTS	Universal Mobile Telecommunications System – европейский стандарт подвижной связи 3-го поколения
USIM	UMTS Subscriber Identity Module – SIM-карта абонента сети GSM/UMTS/LTE
UTRAN	Universal Terrestrial Radio Access Network – сеть радиодоступа стандарта UMTS
UTRA-FDD	Universal Terrestrial Radio Access — Frequency Division Duplex – технология радиодоступа стандарта UMTS с частотным дуплексом
VoIP	Voice over IP – Интернет телефония

Содержание Введение 1. Основные сведения о сетях LTE 1.1. Структура сети LTE и принципы работы 1.2. Структуры сетей LTE с фемтосотами 2. Технологии в сетях LTE 2.1. Технология OFDM и выделение канального ресурса 2.2. Канальный ресурс и его характеристики 2.3. Технологии MIMO 2.4. Агрегация частотных полос 3. Процедуры в сетях LTE 3.1. Протоколы и процедуры 3.2. Процедуры физического уровня 3.3. Процедуры уровня МАС 4. Процедуры уровня L3 4.1. Пейджинг 4.2. Установление соединения с сетью 4.3. Процедура Attach 4.4. Процедура локализации 4.5. Перевод абонентской станции в состояние Idle 4.6. Процедура Service Request 4.7. Процедура Detach 4.8. Процедура активации (организации) сквозного канала 4.9. Процедура изменения параметров качества сквозного канала 4.10. Процедура модификации сквозных каналов по запросам UE 4.11. Деактивация (снятие) сквозного канала 4.12. Внутрисистемный хэндовер с использованием интерфейса Х2 4.13. Процедура межсистемного хэндовера из E-UTRAN в UTRAN 4.14. Процедура межсистемного хэндовера из UTRAN в E-UTRAN Литература Основные термины и сокращения 1 ECM – EPS (Evolved Packet System) Connection Management 2 Фактически при передаче используют дискретное быстрое обратное преобразование Фурье, а при приеме дискретное быстрое прямое преобразование Фурье. 3 Подробные сведения о каналах на радиоинтерфейсе приведены в [1, гл.3]. 4 В сетях с временным дуплексомPSSпередают в третьемOFDM-символе субкадров 1 и 6, аSSSв последнемOFDM-символе субкадров 0 и5. 5 Возможны варианты совместного использования технологий пространственно-временного кодирования и мультиплексирования – тогда число передающих антенн больше числа независимых потоков данных. 6 Эти параметры передают прозрачно через ММЕ иS-GW. 7 При описании алгоритма процедурыAttachи следующих процедур в данном пособии (4.4 – 4.13) не рассмотрены особенности обслуживания абонентов выделенных групп пользователей в фемтосотах и при использованииLIPA. Детали соответствующих процедур изложены в [20] и в [6]. 8 Если он получен изHSS. 9 ПараметрNITZ(NetworkIdentityandTimeZone) [24] нужен для тарификации услуг. 10 СообщениеTAU RequestUEможет вместоGUTIпередавать параметры, относящиеся к пакетной сетиGERAN/UMTS: к базе данных абонента вSGSN. 11 В этом списке ММЕ указывает сети, зоны, соты, в которые хэндовер невозможен. 12 Causeидентифицирует причину хэндовера [23]. 87

1. Основные сведения о сетях lte

Сети стандарта E-UTRAN (LTE) предназначены для обмена пакетным трафиком как между различными абонентами сетей радиодоступа, так и для доставки пакетов на абонентский терминал с интернет-серверов. Сети LTE относят к all-IP сетям, где внутрисетевые интерфейсы строят на основе IP-протоколов. Структура сети LTE представлена на рис. 1.1.

Рис.1.1. Структура сети LTE

Сеть включает в себя мобильные терминалы (UE – User Equipment), сеть радиодоступа E—UTRAN (Evolved Universal Terrestrial Radio Access Network) и новое ядро сети Evolved Packet Core (EPC). Для обслуживания абонентов сеть имеет выход на сети с предоставлением услуг по IP-протоколу и на домашние сети абонентов (HSS – Home Subscriber Server).

Сеть радиодоступа E-UTRAN построена как совокупность узлов базовых станций eNB (E-UTRAN NodeB или eNodeB), где соседние eNB соединены между собой интерфейсом Х2. Ядро сети EPC (Evolved Packet Core) (рис.1.1) состоит из обслуживающего шлюза S-GW (Serving Gateway), шлюза для выхода на пакетные сети PDN GW (Packet Data Network Gateway), структуры управления по протоколу Mobility Management MME (Mobility Management Entity), связанной с S-GW и eNodeB сигнальными интерфейсами. На рис. 1.1 соединения для передачи данных показаны толстыми линиями, сигнальные соединения – тонкими.

eNB подключены к EPC посредством интерфейса S1.При этом интерфейс S1 в пользовательской плоскости S1-U (User Plane) непосредственно замыкается на обслуживающий шлюз S-GW (Serving Gateway), в то время как сигнальная часть интерфейса S1-C (Control Plane) следует на MME – Mobility Management Entity.

UE (абонентский терминал) подключенный к сети LTE, может находиться в состоянии CONNECTED (ACTIVE) или в состоянии IDLE. В состоянии CONNECTED идет обмен сообщениями (как сигнальными, так и пакетами трафика) по радиоинтерфейсу. В состояние IDLE станцию переводят на время пауз в сеансе связи. В этом состоянии абонент сохраняет свой IP-адрес, сеть поддерживает абонентские базы данных, а местоположение абонента определено с точностью до зоны слежения Tracking Area [1,гл.5].

eNB объединяет в себе функции базовых станций и контроллеров сетей 3-го поколения. Для каждого активного абонента в eNB открыта база данных. eNB

• обеспечивает передачу трафика и сигнализации в радиоканале,
• управляет распределением радиоресурсов,
• обеспечивает сквозной канал трафика к S-GW,
• выбирает обслуживающий MME,
• поддерживает синхронизацию передач и контролирует уровень помех в соте,
• обеспечивает шифрацию всех пользовательских сообщений и целостность передачи сигнализации по радиоканалу [1,гл.6],
• выбирает MME и организует сигнальный обмен с ним,
• производит обработку данных и сигнализации на уровне L2 [1гл.4],
• организует хэндоверы,
• поддерживает услуги мультимедийного вещания.

MME:

• ведет базы данных абонентов, зарегистрированных в сети,
• выбирает S-GW и PDN GW при подключении абонентов к сети,
• обеспечивает передачу и защиту сигнализации NAS (Non Access Stratum) по протоколам MM (Mobility Management) SM (Session Management) между MME и UE [1,гл.6],
• обеспечивает локализацию, аутентификацию и авторизацию абонентов,
• участвует в организации межсетевых связей и хэндоверов,
• организует вызовы UE, находящихся в состоянии IDLE,
• ведет сигнальный обмен с eNB при организации сквозных каналов.

Каждый UE, зарегистрированный в сети, обслуживает один ServingGateway. S—GW – обслуживающий шлюз:

• выполняет функции “якоря” в визитной сети, маршрутизируя трафик при перемещениях UE в состоянии CONNECTED от одного eNB к другому (хэндовере),
• ведет базу данных абонентов, зарегистрированных в сети,
• участвует в организации сквозных каналов с eNB и PDN GW, а также сигнальных соединений с MME при регистрации абонента в сети и при выполнении процедуры локализации,
• предоставляет учетные данные для тарификации и оплаты выполненных услуг.

PDN GW:

• является “якорем” при подключении внешним IP-сетям; ведет базу данных абонентов, подключенных к нему,
• организует точку доступа к внешним IP-сетям,
• активизирует статический IP-адрес абонента; если абонент должен получить на время сеанса связи динамический IP-адрес, PDN GW запрашивает его с сервера DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol) или сам выполняет необходимые функции DHCP, после чего обеспечивает доставку IP-адреса абоненту,
• обеспечивает качественные характеристики услуг на внешнем соединении через интерфейс SGi и фильтрацию входящих пользовательских пакетов данных,
• организует сквозные каналы и сигнальные соединения между S-GW PDN GW,
• устанавливает требуемые качественные характеристики сквозных каналов на основе установок, полученных от PCRF, в том числе максимальные и минимальные скорости передачи данных в сквозных каналах в соответствии с качественными характеристиками передаваемого трафика QCI (QoS Class Identifier) [1, гл.7],
• ведет учёт предоставленных абонентам услуг.

PDN GW обычно находится в домашней сети абонента, а S-GW, MME и eNB в визитной. Если абонента обслуживает домашняя сеть, то PDN GW и S-GW связаны интерфейсом S5; если S-GW находится в визитной сети, а PDN GW в домашней, то между ними интерфейс S8, представляющий собой межсетевой вариант S5. PolicyandChargingResourceFunction(PCRF) по сути представляет собой управляющий сервер, обеспечивающий централизованное управление ресурсами сети, учет и тарификацию предоставляемых услуг. Как только появляется запрос на новое активное соединение, эта информация поступает на PCRF. Он оценивает имеющиеся в его распоряжении ресурсы сети и направляет в PCEF (Policy and Charging Enforcement Function) шлюза PDN GW команды, устанавливающие требования к качеству услуг и к их тарификации. PCRF находится в домашней сети абонента. Согласно спецификациям PCRF является опциональным узлом, но большинство операторов строят сети с PCRF. HSS – Home Subscriber Server, обеспечивает выполнение процедур безопасности в сети LTE, исполняя функции HLR и AuC в сетях GSM/UMTS [1,гл. 6]. HSS поддерживает сигнальную сеть IMS при организации услуг. ММЕ имеют прямой выход на HSS через интерфейс S6a по протоколу Diameter. В сетях LTE при передаче информации в транспортной сети используют IP-технологии. Все элементы сети LTE имеют локальные IP-адреса. Структура интерфейса S1 представлена на рис. 1.2. Сигнальные сообщения по S1 (S1 – Control Plane) следуют между eNB и MME. Подуровни L2 SCTP (Stream Control Transmission Protocol) и IP поддерживают стандартный транспорт для передачи сигнальных сообщений. В частности, SCTP обеспечивает надежность передачи и последовательность доставки сообщений. В пользовательской плоскости S1 (S1 — User Plane) для обмена пакетами между eNB и S-GW используют туннельное соединение. Структура туннеля приведена на рис. 1.3, а формат сообщений, передаваемых по туннелю, на рис. 1.4. a) б) Рис.1.2. ИнтерфейсS1Рис.1.3. Структура туннельного соединения

IP

UDP

GTP

IP

TCP/UDP

Информационное сообщение

Рис.1.4. Формат пакетов, передаваемых по туннелю Залитая часть пакета (рис.1.4) состоит из трех подзаголовков трех подуровней туннельного протокола, содержащих: IP – локальные IP-адреса функциональных узлов, между которыми организован туннель; UDP – номера портов в соответствующих функциональных узлах; GTP – идентификатор собственно туннеля, помеченный его конечной точкой TEID (Tunnel Endpoint Identifier). TEID – 32-битовое двоичное число, выделяемое при организации туннеля приемной стороной [3]. При создании двунаправленных туннельных соединений, например, на интерфейсе S1 между eNB и S-GW, фактически организуют 2 туннеля, один из которых имеет TEID в eNB для передачи пакетов трафика вниз, а другой в S-GW для передачи вверх. Туннельный протокол используют для передачи трафика и на интерфейсе S5/S8. В сетях LTE туннели организуют не только для передачи пакетов трафика, но и сигнализации [4]. Сигнальные туннели реализованы на интерфейсах S5/S8 и S11. После подключения к сети абонентской станции для абонента открывают базы данных в ММЕ, S-GW и PDN GW, организуя туннельные соединения на интерфейсе S5/S8. При этом абоненту, имеющему индивидуальный системный номер IMSI (International Mobile Subscriber Identity), ММЕ назначает временный номер M-TMSI (MME Temporary Mobile Subscriber Identity) длиной 32 бита. Как было сказано, после подключения к сети E-UTRAN UE может находиться в двух состояниях: ECM_CONNECTED и ECM_IDLE 1 . В состоянии CONNECTED (ACTIVE) активизировано соединение на радиоинтерфейсе между UE и eNB, в обслуживающем eNB открыта база данных UE, и организованы сквозные каналы на интерфейсе S1 для передачи сигнализации или трафика. Местоположение абонента известно с точностью до соты, а при перемещении абонента от одного eNB к другому происходит процедура хэндовера (рис.1.5). Рис.1.5. Процедуры при перемещении абонента по сети LTE В перерывах передачи трафика по радиоканалу сеть переводит UE в состояние IDLE. В этом состоянии сохраняются базы данных абонента в ММЕ, S-GW, PDN GW и туннели на интерфейсах S5/S8 и S11. Станция в состоянии IDLE локализована с точностью до зон слежения (Tracking Area). Зона слежения – это группа сот, через которые передают одновременно сигналы пейджинга (вызов по радиоканалу при поступлении входящего трафика). Для передачи пейджинга используют идентификатор S-TMSI = MMEC + M-TMSI . MMEC – код обслуживающего ММЕ . Аналогично в пакетных сетях GERAN/UTRAN станция локализована в зоне маршрутизации (Routing Area). Однако, в отличие от сетей GERAN/UTRAN, в E-UTRAN, ММЕ может зарегистрировать станцию в нескольких зонах слежения одновременно, сообщив UE список этих зон (TAI-list). Перемещаясь по сети в состоянии IDLE, UE прослушивает сигналы eNB, совершая процедуру реселекции сот, т.е. переключаясь на eNB с наиболее сильным сигналом. При переключении на eNB, расположенном в зоне, отсутствующей в списке, UE запускает процедуру локализации. При этом происходит обновление базы данных абонента в ММЕ, а абонент получает новый временный номер M-TMSI. M-TMSI является частью глобального временного идентификатора, который получает абонент, обслуживаемый в сети LTE. Этот идентификатор GUTI (Globally Unique Temporary Identifier) состоит из глобального идентификатора ММЕ GUMMEI и M-TMSI: GUTI = GUMMEI + M-TMSI. GUTI записывают и сохраняют в USIM-карте. После завершения сеанса связи база данных абонента в ММЕ стирается не сразу. Она блокируется на время, установленное оператором. Если в течение этого времени абонент снова подключится к сети LTE, то он может идентифицировать себя как GUTI. В результате упрощается процедура запуска нового сеанса связи ( процедура Attach) и обеспечивается более высокая степень безопасности абонента (см. далее описание процедуры Attach в 4.3). Сети E-UTRAN (LTE), как правило, строят во взаимодействии с действующими сетями с коммутацией пакетов стандартов GERAN/UTRAN. Структура интегральной сети GERAN/UTRAN/E-UTRAN показана на рис.1.6 В этой сети MME и SGSN связаны сигнальным интерфейсом S3, а трафик в подсеть GERAN/UTRAN следует через S-GW и PDN GW. Рис.1.6. Интегральная сеть GERAN/UTRAN/E—UTRAN В сети UTRAN на рис.1.6 показано прямое туннельное соединение в пользовательской плоскости между S-GW и RNC посредством интерфейса S12. Такое соединение возможно при использовании в сети UTRAN оборудования Rel.7 и последующих релизов. Возможно и непрямое соединение, когда передачу пакетов трафика осуществляют по двум последовательным туннелям S-GW ↔ SGSN, SGSN ↔ RNC. Интерфейс S4 позволяет осуществлять межсистемный хэндовер, т.е. переключение в процессе передачи трафика UE из сети E-UTRAN в GERAN/UTRAN и обратно. Для упрощения процедур смены абонентом сети обслуживания в стандарт LTE введена специальная функция ISR (Idle Mode Signaling Reduction). Идея состоит в том, что при активизации ISR абонента регистрируют параллельно в обеих сетях: в ММЕ и SGSN. О совместной регистрации информируют HSS. UE получает параметры, установленные SGSN (временный номер P-TMSI, идентификатор зоны маршрутизации), ММЕ (GUTI и список зон слежения), а также список активизированных контекстов, общих для обеих сетей. SGSN и ММЕ хранят адреса друг друга. В состоянии IDLE UE может переключаться из одной сети в другую, а сигналы пейджинга можно передавать одновременно по зоне маршрутизации в сети GERAN/UTRAN и зонам слежения в E-UTRAN. Функция ISR обязательна для многомодовых терминалов, которые могут работать в интегральной сети GERAN/UTRAN/E-UTRAN. В свою очередь сеть E-UTRAN поддерживает ISR опционально, индивидуально для каждого UE.

What is evolved universal terrestrial radio access network E-UTRAN?

Evoluted Universal Terrestrial Radio Access Network (E-UTRAN) is the radio access network component of LTE and 4G systems, comprising eNodeBs for managing mobile device connections and gateways for external network communication. It offers high data rates, low latency, and efficient spectrum usage, enabling fast and reliable wireless connectivity for various applications.

What is evolved universal terrestrial radio access network E-UTRAN?

Evoluted Universal Terrestrial Radio Access Network (E-UTRAN) is a critical component of Long-Term Evolution (LTE) and 4G wireless communication systems. It is primarily responsible for managing the radio interface, which includes the radio access network and its associated components. E-UTRAN is designed to provide high-speed, low-latency, and efficient wireless connectivity for mobile devices and is an integral part of the overall LTE network architecture.

Here’s a detailed explanation of E-UTRAN:

Background:

E-UTRAN is a part of the 3rd Generation Partnership Project (3GPP), a collaboration between telecommunications standards organizations. It was developed to meet the increasing demand for faster and more reliable wireless communication services.

Components of E-UTRAN: E-UTRAN consists of two main components:

eNodeB (Evolved NodeB): The eNodeB is the base station in the LTE network. It is responsible for managing radio resources, establishing and maintaining connections with mobile devices, and handling data transmission. Each eNodeB provides coverage to a specific geographical area and communicates directly with mobile devices within that area.

S-GW (Serving Gateway) and P-GW (Packet Data Network Gateway): These gateways are responsible for routing data between the E-UTRAN and the external networks, such as the internet or private corporate networks. The S-GW manages the mobility of devices within the LTE network, while the P-GW connects to external networks and performs tasks like IP address allocation and security.

Key Features and Functions:

High Data Rates: E-UTRAN offers significantly higher data rates compared to earlier generations of mobile networks, with peak downlink speeds of up to 1 Gbps.

Low Latency: It provides low latency communication, making it suitable for applications like online gaming, real-time video streaming, and autonomous vehicles.

Efficient Spectrum Usage: E-UTRAN employs advanced techniques such as Orthogonal Frequency Division Multiple Access (OFDMA) and Multiple-Input, Multiple-Output (MIMO) to optimize spectrum usage and enhance network capacity.

Seamless Handovers: The network supports seamless handovers between eNodeBs as users move within the coverage area, ensuring uninterrupted connectivity.

Quality of Service (QoS): E-UTRAN enables differentiated QoS, allowing network operators to prioritize traffic based on application requirements.

Backward Compatibility:

E-UTRAN is designed to be backward compatible with earlier 2G and 3G technologies, ensuring a smooth transition for users and network operators upgrading their infrastructure.

Deployment and Evolution:

E-UTRAN has seen several advancements and evolutions, with LTE Advanced (LTE-A) and LTE Advanced Pro (LTE-AP) being subsequent releases that introduced features like carrier aggregation, enhanced MIMO, and improved spectral efficiency.

Evolved Universal Terrestrial Radio Access Network (E-UTRAN) is the radio access network component of LTE and 4G networks, responsible for managing wireless connectivity between mobile devices and the network infrastructure. It offers high data rates, low latency, and efficient spectrum usage, making it suitable for a wide range of applications and services in the modern telecommunications landscape.

LTE и WiFi

LTE (Long-Term Evolution — долговременное развитие, часто обозначается как 4G LTE) — стандарт беспроводной высокоскоростной передачи данных для мобильных телефонов и других терминалов, работающих с данными. Он основан на GSM/EDGE и UMTS/HSPA сетевых технологиях, увеличивая пропускную способность и скорость за счёт использования другого радиоинтерфейса вместе с улучшением ядра сети.

Мотивация к созданию

LTE является стандартом беспроводной передачи данных и развитием стандартов GSM/UMTS. Целью LTE было увеличение пропускной способности и скорости с использованием нового метода цифровой обработки сигналов и модуляции. Ещё одной целью было реконструировать и упростить архитектуру сетей, основанных на IP, значительно уменьшив задержки при передаче данных по сравнению с архитектурой 3G сетей. Беспроводной интерфейс LTE является несовместимым с 2G и 3G, поэтому он должен работать на отдельной частоте.

Спецификация LTE позволяет обеспечить скорость загрузки до 326,4 Мбит/с, скорость отдачи до 172,8 Мбит/с, а задержка в передаче данных может быть снижена до 5 миллисекунд.

Основные компоненты LTE

Схематично работу LTE можно изобразить следующим образом.

UE — устройство пользователя

eNodeB (Evolved Node B) — базовая станция LTE, устанавливается рядом с вышкой и соединяется с ней.

ММЕ (Mobility Management Entity) — узел управления мобильностью. Предназначен для обработки сигнализации, преимущественно связанной с управлением мобильностью абонентов в сети.

HSS (Home Subscriber Server) — сервер абонентских данных сети. Представляет собой большую базу данных и предназначен для хранения данных об абонентах. Кроме того, HSS генерирует данные, необходимые для осуществления процедур шифрования, аутентификации и т.п.

SGW (Serving Gateway) — обслуживающий шлюз сети. Обрабатывает все, что связано с доступом абонента к сети. Предназначен для обработки и маршрутизации пакетных данных поступающих из/в подсистему базовых станций. SGW по существу действует как гигантский маршрутизатор для абонентов, передавая данные от абонента и обратно к сети.

PGW (Public Data Network Gateway) — шлюз к сетям передачи данных других операторов для сети LTE Основная задача PGW заключается в маршрутизации трафика сети LTE к другим сетям передачи данных, таких как Интернет, а также сетям GSM, UMTS.

Другие компоненты на этой схеме не так важны для нас в рамках данного конспекта.

EUTRAN и EPC

LTE состоит из двух частей: EUTRAN и EPC Схема их взаимодействия показана на рисунке ниже.

Разберемся более подробно, что из себя представляет каждая из этих частей.

EUTRAN (Evolved Universal Terrestrial Radio Access Network) — усовершенствованный беспроводной интерфейс 3GPP (LTE). Это сеть радиодоступа, являющаяся заменой UMTS и HSDPA/HSUPA (сетей 3-го поколения, т.е 3G).

EUTRAN состоит только из eNodeB. Что является упрощением UTRAN, использующемся в UMTS и HSDPA/HSUPA. Узлы eNodeB взаимодействуют между собой через протокол Х2.

Сеть EUTRAN обеспечивает более высокую скорость передачи данных, малую задержку на обеих плоскостях управления и пользователя, бесшовное переключение и большее покрытие ячейки.

EPC (Evolved Packet Core) — усовершенствованное пакетное ядро. В него входят следующие компоненты: ММЕ, HSS, SGW и PGW.

Для связи EUTRAN с EPC используется протокол S1.

Стек протоколов EUTRAN

EUTRAN как и другие высокоуровневые протоколы, представляет собой стек низкоуровневых протоколов.

Стек протоколов EUTRAN приведен ниже.

Мы не будем вдаваться в подробности устройства каждого протокола стека. Данная информация приведена лишь для лучшего понимания следующего раздела.

Протоколы LTE

Протоколы LTE делятся на две группы: плоскости управления (control plane), и отвечают за управление транспортным каналом, и плоскости пользователя (user plane), и отвечают за передачу пользовательских данных.

Стек протоколов плоскости пользователя показан на изображении ниже.

В плоскости пользователя, пакеты в EPC инкапсулируются в определенный EPC протокол и туннелируются между PGW и eNodeB.

То есть, когда мы смотрим видео на наших смартфонах по мобильному интернету через LTE или серфим интернет, используетсе именно протокол плоскости пользователя. От EU IP-пакеты проходя через стек протоколов EUTRAN, который, в свою очередь, перенаправляет IP-пакеты в EPC (сначала в SGW, а он в свою очеред в PGW). Входящие пакеты из EPC проходят такой же путь, но в обратном направлении.

Стек протоколов плоскости управления показан на изображении ниже.

Как мы видим, в стек потокола плоскость управления добавляется протокол RRC (Radio Resource Control).

Плоскость управления отвечает, например, за широковещательные рассылки системной информации, handover, процессом проведения измерений для каждого конкретного UE, а также за предоставление результатов измерений.

Схематическое изображение стека обоих плоскостей приведено ниже.

Wi-Fi

Напомним, как работает технология Wi-Fi.

Данная технология предполагает наличие точки доступа/маршрутизатора Wi-Fi (стандарты 802.11a/b/g/n). В памяти у него хранится таблица маршрутизации, которая описывает соответствие между адресами назначения и интерфейсами, через которые следует отправить пакет данных до следующего маршрутизатора, а так же шлюзами, на которые нужно отправлять пакеты, отправляемые на некоторый адрес.

То есть, роутер пересылает пакеты на следующий маршрутизатор. В случае, когда роутер подключен через Ethernet к провайдеру интернета, роутер пересылает присланные ему пакеты провайдеру, провайдер в свою очередь дает доступ в Интернет.

Различия и сходства между LTE и Wi-Fi

Как можно заметить, у LTE и Wi-Fi есть некоторые сходства.

И у LTE и Wi-Fi данные сначала отправляются на сотовую вышку и на роутер, соотвественно, с них попадают оператору сотовой связи и провайдеру, соотвественно, а они уже в свою очередь предоставляют доступ в Интернет.

С другой стороны, способ организации сети у них разный: в случае с LTE сотовые вышки, а вернее eNodeB посредством сотовых вышек, общаются между собой, и также общаются с SGW. SGW по сути сам является большим маршрутизатором, то есть сотовые вышки, если можно так выразиться, образуют локальную сеть, которая соединена с SGW.