CHUYÊN đề THẢO LUẬN THÔNG TIN DI ĐỘNG đề tài hệ thống thông tin di động 4g LTE

lOMoARcPSD|20482156 TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỞ HÀ NỘI KHOA CÔNG NGHỆ ĐIỆN TỬ - THÔNG TIN CHUYÊN ĐỀ THẢO LUẬN THÔNG TIN DI ĐỘNG Đề tài: Hệ thống thông tin di động 4G LTE Giáo viên hướng dẫn: TS Hoàng Trọng Minh Sinh viên: Nguyễn Đăng Khoa Dương Đức Long Phan Thanh Hào Trịnh Tuấn Cường Bùi Hoàng Long Lớp: K21 - - lOMoARcPSD|20482156 MỤC LỤC CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU VỀ MẠNG 4G LTE CHƯƠNG II: KIẾN TRÚC MẠNG VÀ GIAO THỨC .6 Kiến trúc mạng LTE 1.1 Tổng quan cấu hình kiến trúc hệ thống 1.2 Thiết bị người dùng ( UE) 1.3 E-UTRAN NodeB (eNodeB) .9 1.4 MME (Mobility Management Entity) : 10 1.5 Cổng phục vụ ( S-GW) 12 1.6 Cổng mạng liệu gói( P-GW) 14 1.7 Chức sách tính cước tài nguyên ( PCRF) .16 1.8 Máy chủ thuê bao thường trú (HSS) .17 Các giao diện giao thức cấu hình kiến trúc hệ thống .18 2.1 Các giao thức sau sử dụng S5/S8 dựa PMIP 19 2.2 QoS kiến trúc dịch vụ mang chuyển 22 2.3 Giao thức trạng thái chuyển tiếp trạng thái 22 2.4 Hỗ trợ tính di động liên tục 23 2.5 Kiến trúc hệ thống phát quảng bá đa điểm .26 CHƯƠNG III: CÁC ƯU ĐIỂM NHƯỢC ĐIỂM CỦA HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 4G LTE 30 Ưu điểm .30 Nhược điểm .30 KẾT LUẬN 31 lOMoARcPSD|20482156 CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU VỀ MẠNG 4G LTE LTE hệ thứ tư chuẩn UMTS 3GPP phát triển UMTS hệ thứ ba dựa WCDMA triển khai tồn giới Để đảm bảo tính cạnh tranh cho hệ thống tương lai, tháng 11/2004 3GPP bắt đầu dự án nhằm xác định bước phát triển lâu dài cho công nghệ di động UMTS với tên gọi Long Term Evolution (LTE) 3GPP đặt yêu cầu cao cho LTE, bao gồm giảm chi phí cho bit thơng tin, cung cấp dịch vụ tốt hơn, sử dụng linh hoạt băng tần có băng tần mới, đơn giản hóa kiến trúc mạng với giao tiếp mở giảm đáng kể lượng tiêu thụ thiết bị đầu cuối Mục tiêu LTE cung cấp dịch vụ liệu tốc độ cao , độ trễ thấp , gói liệu tối ưu , cơng nghệ vô tuyến hỗ trợ băng thông cách linh hoạt triển khai Đồng thời kiến trúc mạng thiết kế với mục tiêu hỗ trợ lưu lượng chuyển mạch gói với tính di động linh hoạt , chất lượng dịch vụ , thời gian trễ tối thiểu 1- Tăng tốc độ truyền liệu : Trong điều kiện lý tưởng hệ thống hỗ trợ tốc độ liệu đường xuống đỉnh lên tới 326Mb/s với cấu hình 4*4 MIMO ( multiple input multiple output ) vịng 20MHZ băng thơng MIMO cho đường lên khơng sử dụng phiên chuẩn LTE Tốc độ liệu đỉnh đường lên tới 86Mb/s 20MHZ băng thơng Ngồi viêc cải thiện tốc độ liệu đỉnh hệ thống LTE cung cấp hiệu suất phổ cao từ đến lần hệ thống HSPA phiên 2- Dải tần co giãn : Dải tần vô tuyến hệ thống LTE có khả mở rộng từ 1.4 MHz, 3MHz, MHz, 10 MHz, 15 MHz 20 MHz chiều lên xuống Điều dẫn đến linh hoạt sử dụng hiệu băng thông Mức thông suất cao hoạt động băng tần cao số ứng dụng không cần đến băng tần rộng cần băng tần vừa đủ đáp ứng 3- Đảm bảo hiệu suất di chuyển : LTE tối ưu hóa hiệu suất cho thiết bị đầu cuối di chuyển từ đến 15km/h, hỗ trợ với hiệu suất cao (chỉ giảm ít) di chuyển từ 15 đến 120km/h, vận tốc 120 km/h hệ thống trì kết nối tồn mạng tế bào ,chức hỗ trợ từ 120 đến 350km/h chí 500km/h tùy thuộc vào băng tần 4- Giảm độ trễ mặt phẳng người sử dụng mặt phẳng điều khiển: lOMoARcPSD|20482156 ❖ Giảm thời gian chuyển đổi trạng thái mặt phẳng điều khiển : Giảm thời gian để thiết bị đầu cuối ( UE - User Equipment) chuyển từ trạng thái nghỉ sang nối kết với mạng, bắt đầu truyền thông tin kênh truyền.Thời gian phải nhỏ 100ms ❖ Giảm độ trễ mặt phẳng người dùng: Nhược điểm mạng tổ ong (Cell) độ trễ đường truyền cao nhiều so với mạng đường dây cố định Điều ảnh hưởng lớn đến ứng dụng thoại chơi game cần thời gian thực Giao diện vô tuyến LTE mạng lưới cung cấp khả độ trễ 10ms cho việc truyền tải gói tin từ mạng tới UE 5- Sẽ khơng cịn chuyển mạch kênh : Tất dựa IP Một tính đáng kể LTE chuyển dịch đến mạng lõi hoàn toàn dựa IP với giao diện mở kiến trúc đơn giản hóa Sâu xa hơn, phần lớn cơng việc chuẩn hóa 3GPP nhắm đến chuyển đổi kiến trúc mạng lõi tồn sang hệ thống toàn IP Trong 3GPP Chúng cho phép cung cấp dịch vụ linh hoạt liên hoạt động đơn giản với mạng di động phi 3GPP mạng cố định EPC dựa giao thức TCP/IP - giống phần lớn mạng số liệu cố định ngày nay- cung cấp dịch vụ giống PC thoại, video, tin nhắn dịch vụ đa phương tiện Sự chuyển dịch lên kiến trúc tồn gói cho phép cải thiện phối hợp với mạng truyền thông không dây cố định khác.VolP dùng cho dịch vụ thoại 6- Độ phủ sóng từ 5-100km: Trong vịng bán kính 5km LTE cung cấp tối ưu lưu lượng người dùng, hiệu suất phổ độ di động Phạm vi lên đến 30km có giảm nhẹ cho phép lưu lượng người dùng hiệu suất phổ lại giảm cách đáng kể chấp nhận được, nhiên yêu cầu độ di động đáp ứng dung lượng 200 người/ô (băng thông MHz) 7- Kiến trúc mạng đơn giản so với mạng 3G thời: Tuy nhiên mạng LTE tích hợp cách dễ dàng với mạng 3G 2G Điều quan trọng cho nhà cung cấp mạng triển khai LTE khơng cần thay đổi tồn sở hạ tầng mạng có 8- OFDMA ,SC-FDMA MIMO sử dụng LTE: Hệ thống hỗ trợ băng thông linh hoạt nhờ sơ đồ truy nhập OFDMA & SC-FDMA Ngồi cịn có song cơng phân chia tần số FDD song công phân chia thời gian TDD Bán song công FDD cho phép để hỗ trợ cho người sử dụng với chi phí thấp khơng giống FDD, hoạt động bán song cơng FDD UE khơng cần thiết truyền & nhận đồng thời Điều tránh việc phải đầu lOMoARcPSD|20482156 tư song công đắt tiền UE Truy nhập đường lên dựa đa truy nhập phân chia tần số đơn sóng mang SC-FDMA hứa hẹn gia tăng vùng phủ sóng đường lên tỉ số cơng suất đỉnh-trung bình thấp ( PARR) liên quan tới OFDMA 9- Giảm chi phí: Yêu cầu đặt cho hệ thống LTE giảm thiểu chi phí trì hiệu suất nhằm đáp ứng cho tất dịch vụ.Các vấn đề đường truyền,hoạt động bảo dưỡng liên quan đến yếu tố chi phí,chính khơng giao tiếp mà việc truyền tải đến trạm gốc hệ thống quản lý cần xác định rõ, số vấn đề yêu cầu độ phức tạp thấp,các thiết bị đầu cuối tiêu thụ lượng 10Cùng tồn với chuẩn hệ thống trước: Hệ thống LTE phải tồn phối hợp hoạt động với hệ thống 3GPP khác Người sử dụng LTE thực gọi từ thiết bị đầu cuối chí họ khơng nằm vùng phủ sóng LTE Do đó, cho phép chuyển giao dịch vụ xun suốt, trơi chảy khu vực phủ sóng HSPA, WCDMA hay GSM/GPRS/EDGE Hơn nữa, LTE hỗ trợ không chuyển giao hệ thống, liên hệ thống mà chuyển giao liên miền miền chuyển mạch gói miền chuyển mạch kênh lOMoARcPSD|20482156 CHƯƠNG II: KIẾN TRÚC MẠNG VÀ GIAO THỨC Kiến trúc mạng LTE Nhiều mục tiêu với ngụ ý kiến trúc phẳng cần phát triển kiến trúc phẳng với nút tham gia làm giảm độ trễ cải thiện hiệu suất Phát triển theo hướng phiên Nơi ý tưởng đường hầm trực tiếp cho phép mặt phẳng người dùng ( UP) bỏ qua SGSN Hình 2.1 Phát triển kiến trúc 3GPP Kiến trúc mạng LTE thiết kế với mục tiêu hỗ trợ lưu lượng chuyển mạch gói với tính di động linh hoạt , chất lượng dịch vụ (QoS) độ trễ tối thiểu Một phương pháp chuyển mạch gói cho phép hỗ trợ tất dịch vụ bao gồm thoại thông qua kết nối gói Kết kiến trúc phẳng , đơn giản với loại nút cụ thể nút B phát triển ( eNB) phần tử quản lý di động /cổng ( MME/GW) Điều hồn tốn trái ngược với nhiều nút mạng kiến trúc mạng phân cấp hành hệ thống 3G Một thay đổi lớn phần điều khiển mạng vô tuyến (RNC) loại bỏ khỏi đường liệu chức thành lập eNB Một số ích lợi nút mạng truy nhập giảm độ trễ phân phối việc xử lý tải RNC vào nhiều eNB Việc loại bỏ RNC khỏi mạng truy nhập phần hệ thống LTE không hỗ trợ chuyển giao mềm 1.1 Tổng quan cấu hình kiến trúc hệ thống Hình 2.2 miêu tả kiến trúc thành phần mạng cấu hình kiến trúc nơi có E-UTRAN tham gia Hình cho thấy phân chia lOMoARcPSD|20482156 kiến trúc thành bốn vùng chính: thiết bị người dùng (UE) ; UTRAN phát triển( E-UTRAN); mạng lõi gói phát triển(EPC); vùng dịch vụ Hình 2.2 Kiến trúc thành phần mạng UE, E-UTRAN EPC đại diện cho giao thức internet (IP) lớp kết nối Đây phần hệ thống gọi hệ thống gói phát triển (EPS) Chức lớp cung cấp kết nối dựa IP tối ưu hóa cao cho mục tiêu Tất dịch vụ cung cấp dựa IP, tất nút chuyển mạch giao diện nhìn thấy kiến trúc 3GPP trước khơng có mặt E-UTRAN EPC Công nghệ IP chiếm ưu truyền tải, nơi mà thứ thiết kế để hoạt động truyền tải IP Các hệ thống đa phương tiện IP ( IMS) ví dụ tốt máy móc thiết bị phục vụ sử dụng lớp kết nối dịch vụ để cung cấp dịch vụ dựa kết nối IP cung cấp lớp thấp Ví dụ , để hỗ trợ dịch vụ thoại IMS cung cấp thoại qua IP ( VoIP) kết nối tới mạng chuyển mạch-mạch cũ PSTN ISDN thông qua cổng đa phương tiện điều khiển lOMoARcPSD|20482156 Sự phát triển E-UTRAN tập chung vào nút, nút B phát triển ( eNode B) Tất chức vơ tuyến kết thúc đó, tức eNB điểm kết thúc cho tất giao thức vơ tuyến có liên quan E-UTRAN đơn giản mạng lưới eNodeB kết nối tới eNodeB lân cận với giao diện X2 Một thay đổi kiến trúc lớn khu vực mạng lõi EPC khơng có chứa vùng chuyển mạch-mạch, khơng có kết nối trực tiếp tới mạng chuyển mạch mạch truyền thống ISDN PSTN cần thiết lớp Các chức EPC tương đương với vùng chuyển mạch gói mạng 3GPP Tuy nhiên thay đổi đáng kể việc bố trí nút chức kiến trúc phần nên coi hồn tịan Cả hai hình 2.1 2.2 cho thấy có phần tử gọi SAE GW Như hình 2.2 cho thấy kết hợp hai cổng cổng phục vụ (S-GW) cổng mạng liệu gói( P-GW) điều định nghĩa cho xử lý UP EPC Gộp chúng lại với thành SAE GW Cấu hình kiến trúc hệ thống chức ghi 3GPP TS 23.401 1.2 Thiết bị người dùng ( UE) UE thiết bị mà người dùng đầu cuối sử dụng để liên lạc Thơng thường thiết bị cầm tay điện thoại thông minh thẻ liệu người sử dụng mạng 2G 3G Hoặc nhúng vào, ví dụ máy tính xách tay UE có chứa mođun nhận dạng th bao tồn cầu( USIM) Nó mođun riêng biệt với phần lại UE, thường gọi thiết bị đầu cuối (TE) USIM ứng dụng đặt vào thẻ thơng minh tháo rời gọi thẻ mạch tích hợp toàn cầu ( UICC) USIM sử dụng để nhận dạng xác thực người sử dụng để lấy khóa bảo mật nhằm bảo vệ việc truyền tải giao diện vô tuyến Các chức UE tảng cho ứng dụng truyền thơng, mà có tín hiệu với mạng để thiết lập, trì loại bỏ liên kết thông tin người dùng cần Điều bao gồm chức quản lý tính di động chuyển giao, báo cáo vị trí thiết bị, UE phải thực theo hướng dẫn mạng Có lẽ quan trọng UE cung cấp giao diện người sử dụng cho người dùng cuối để ứng dụng VoIP sử dụng để thiết lập gọi thoại lOMoARcPSD|20482156 1.3 E-UTRAN NodeB (eNodeB) Nút E-UTRAN E-UTRAN NodeB ( eNodeB) Đơn giản đặt eNB trạm gốc vơ tuyến kiểm sốt tất chức vô tuyến liên quan phần cố định hệ thống Các trạm gốc eNodeB thường phân bố tồn khu vực phủ sóng mạng Mỗi eNodeB thường cư trú gần anten vô tuyến chúng Chức eNodeB hoạt động cầu nối lớp UE EPC, điểm cuối tất giao thức vô tuyến phía UE, tiếp nhận liệu kết nối vô tuyến kết nối IP tương ứng phía EPC Trong vai trị EPC thực mã hóa / giải mã liệu UP, có nén / giải nén tiêu đề IP, tránh việc gửi lặp lại giống liệu liên tiếp tiêu đề IP eNodeB chịu trách nhiệm nhiều chức mặt phẳng điều khiển (CP) eNB chịu trách nhiệm quản lý tài nguyên vô tuyến (RRM), tức kiểm sóat việc sử dụng giao diện vơ tuyến , bao gồm : phân bổ tài nguyên dựa yêu cầu, ưu tiên lập lịch trình lưu lượng theo yêu cầu QoS, liên tục giám sát tình hình sử dụng tài ngun Ngồi eNodeB cịn có vai trị quan trọng quản lý tính di động (MM) Điều khiển eNodeB đo đạc phân tích mức độ tín hiệu vơ tuyến thực UE Điều bao gồm trao đổi tín hiệu chuyển giao eNB khác MME Khi UE kích hoạt theo yêu cầu eNB kết nối vào mạng, eNodeB chịu trách nhiệm việc định tuyến đề nghị MME mà trước phục vụ cho UE, lựa chọn MME tuyến đường đến MME trước khơng có sẵn thơng tin định tuyến vắng mặt Hình 2.3 cho thấy kết nối với eNodeB đến xung quanh nút logic, tóm tắt chức giao diện Trong tất kết nối eNB mối quan hệ - nhiều nhiều - nhiều Các eNodeB phục vụ đồng thời nhiều UE vùng phủ sóng UE kết nối tới eNodeB thời điểm Các eNodeB cần kết nối tới eNodeB lân cận với chuyển giao cần thực lOMoARcPSD|20482156 Hình 2.3 Kiến trúc hệ thống cho mạng có E-UTRAN 1.4 MME (Mobility Management Entity) : Quản lý di động(MME) thành phần điều khiển EPC Thơng thường MME máy chủ vị trí an tồn sở nhà điều hành Nó hoạt động CP, không tham gia vào đường UP liệu Ngoài giao diện cuối vào MME kiến trúc thể hình 2.2, MME cịn có kết nối logic trực tiếp tới UE, kết nối sử dụng kênh điều khiển UE mạng Sau danh sách chức MME cấu hình kiến trúc hệ thống : ❖ Xác thực bảo mật : UE đăng ký vào mạng lần đầu tiên, MME khởi tạo xác thực, cách thực điều sau: tìm danh tính thường trú UE, hoăc từ mạng truy nhập trước thân UE, yêu cầu từ phục vụ thuê bao thường trú (HSS) mạng chủ UE điều khiển chứng thực có chứa mệnh lệnh chứng thực trả lời cặp tham số, gửi thử thách với UE so sánh trả lời nhận từ UE vào nhận từ mạng chủ Chức cần thiết để đảm bảo yêu cầu bảo vệ với UE Các MME lặp lại chức xác thực cần thiết theo chu kỳ Các chức dùng để bảo vệ thông tin liên lạc khỏi việc nghe trộm từ thay đổi bên thứ ba tương ứng trái phép Để bảo vệ riêng tư UE, MME phân bổ cho UE mã tạm thời gọi mã nhận dạng tạm thời tồn cầu(GUTI), cần phải gửi mã nhận dạng thường trú UE - mã nhận dạng thuê bao di động quốc tế ( IMIS) qua giao diện vô tuyến lOMoARcPSD|20482156 GW trường hợp S5/S8 PMIP Các phần tử mang EPC sau thiét lập dựa điều Hình 2.7: PCRF kết nối tới nút logic khác & chức Các kết nối PCRF nút khác thể hình 2.7, PCRF kết nối với nhiều AF, P-GW S-GW Chỉ có PCRF liên kết với kết nối PDN UE có 1.8 Máy chủ thuê bao thường trú (HSS) Máy chủ thuê bao thường trú (HSS) kho liệu thuê bao cho tất liệu người dùng thường xun Nó ghi lại vị trí người sử dụng mức độ nút điều khiển mạng tạm trú, chẳng hạn MME Nó máy chủ sở liệu trì phòng trung tâm nhà điều hành HSS lưu trữ gốc hồ sơ thuê bao, chứa thông tin dịch vụ áp dụng người sử dụng, bao gồm thông tin kết nối PDN cho phép, liệu có chuyển tới mạng tạm trú riêng hay không HSS lưu nhận dạng P-GW sử dụng Khóa thường trực sử dụng để tính toán xác thực gửi tới mạng tạm trú để xác thực người dùng khóa phát sinh tiếp sau để mã hóa bảo vệ tính tồn vẹn lưu trữ trung tâm xác thực(AUC), thường phần HSS Trong tất tín hiệu liên quan tới chức HSS phải tương tác với MME Các HSS cần phải có khả kết nối với MME toàn hệ mạng lưới, nơi mà UE phép di chuyển Đối với UE, hồ sơ HSS tới MME phục vụ thời điểm, sau báo cáo MME mà phục vụ cho UE, HSS hủy bỏ vị trí MME trước Downloaded by Ninh Lê (ninhvaytiennhanh@gmail.com) lOMoARcPSD|20482156 Các giao diện giao thức cấu hình kiến trúc hệ thống Hình 2.8 cho thấy giao thức CP liên quan tới kết nối UE yới PDN Các giao diện từ MME thể hai phần, phần hàng đầu giao thức hướng tới E-UTRAN UE, phần thị giao thức hướng tới cổng Các giao thức hiển thị trắng phát triển 3GPP, giao thức xám phát triển IETF, đại diện cho công nghệ mạng tiểu chuẩn sử dụng cho truyền tải EPS 3GPP xác định cách cụ thể mà giao thức sử dụng Lớp CP lớp không truy cập (NAS), bao gồm có hai giao thức riêng biệt thực truyền tải tín hiệu trực tiếp UE mà MME Các giao thức lớp NAS : 1- Quản lý tính di động EPS ( EMM): giao thức MME có trách nhiệm điều khiển tính di động UE hệ thống Nó bao gồm chức kết nối vào tách từ mạng, thực việc cập nhật vị trí Điều gọi cập nhật khu vực theo dõi (TAU), diễn chế độ nhàn dỗi Chú ý chuyển giao chế độ kết nối xử lý giao thức lớp thấp hơn, cacs lớp EMM không bao gồm chức tái kích hoạt UE từ chế độ nhàn rỗi Hình 2.8: Ngăn xếp giao thức mặt phẳng điều khiển EPS Downloaded by Ninh Lê (ninhvaytiennhanh@gmail.com) lOMoARcPSD|20482156 2- Quản lý phiên EPS ( ESM): Giao thức sử dụng để điều khiển việc quản lý phần tử mang UE MME, sử dụng bổ sung cho E-UTRAN việc quản lý phần tử mang Lưu ý không sử dụng thủ tục ESM tình trạng phần tử mang có sẵn mạng lưới quy trình E-UTRAN chạy -I- Điều khiển tài nguyên vô tuyến (RRC) : Giao thức nhằm kiểm sốt việc sử dụng nguồn tài ngun vơ tuyến Nó quản lý báo hiệu UE kết nối liệu, bao gồm chức chuyển giao 3- Giao thức hội tụ liệu gói ( PDCP): Các chức PDCP nén tiêu đề IP (UP), mã hóa bảo vệ toàn vẹn ( với CP) 4- Điều khiển liên kết vơ tuyến (RLC) : Giao thức RLC có trách nhiệm phân đoạn ghép nối PDCP-PDU để truyền cho giao diện vơ tuyến Nó thực việc sửa lỗi với phương pháp yêu cầu truyền lại tự động (ARQ) 5Điều khiển truy nhập môi trường (MAC) : Lớp MAC có trách nhiệm lập kế hoạch liệu theo ưu tiên ghép kênh liệu tới khối truyền tải lớp Lớp MAC cung cấp việc sửa lỗi với HARQ 6- Lớp vật lý (PHY) : Đây lóp giao diện vơ tuyến LTE-UU có chức giống DS-CDMA 7- Trong EPC c ó hai giao thức khác cho giao diện S5/S8 Các giao thức sau có liên quan GTP sử dụng S5/S8 : ❖ Mặt phẳng điều khiển giao thức đường hầm GPRS ( GTP-C) : Nó quản lý kết nối UP EPC Nó bao gồm báo hiệu QoS thông số khác Nếu GTP sử dụng giao diện S5/S8 cịn quản lý đường hầm GTP-U GTP-C thực chức quản lý di động EPC Như việc đường hầm GTP-U UE cần phải chuyển từ nút tới nút khác ❖ Truyền tải UDP-IP : giao thức liệu đơn vị ( UDP) IP sử dụng truyền tải IP tiêu chuẩn UDP sử dụng thay giao thức điều khiển truyền dẫn (TCP) lớp cao cung cấp truyền tải tin cậy với chế khắc phục lỗi truyền lại Các gói tin IP EPC vận chuyển loạt công nghệ lớp lớp 2.1 Các giao thức sau sử dụng S5/S8 dựa PMIP ❖ IP di động ủy nhiệm (PMIP) : PMIP giao thức khác cho giao diện Downloaded by Ninh Lê (ninhvaytiennhanh@gmail.com) lOMoARcPSD|20482156 S5/S8 giữ việc quản lý tính di động, khơng bao gồm chức quản lý phần tử mang Tất lưu lượng thuộc kết nối UE với PDN riêng xử lý ❖ IP : PMIP chạy trực tiếp IP, sử dụng truyền tải IP tiêu chuẩn Hình 2.9 minh họa cấu trúc giao thức UP cho UE kết nối với P-GW UP thể hình 2.9 bao gồm lớp người dùng IP cuối, tức giao thức thành hình thành nên lớp sử dụng để vận chuyển gói tin IP đến người sử dụng cuối Cấu trúc giao thức tương tự với CP Điều ấn định thực tế toàn hệ thống thiết kế để vận chuyển liệu gói chung, hai tín hiệu CP liệu UP cuối liệu gói Chỉ có kích thước khác Hình 2.9: Ngăn xếp giao thức mặt phẳng người dùng EPC Hầu hết giao thức đưa nêu trên, ngoại trừ hai điều sau lựa chọn giao thức giao diện S5/S8: 1- Mặt phẳng người dùng giao thức đường hầm GPRS ( GTP-U) : GTP-U sử dụng S5/S8 dựa GTP Dạng thức GTP-U đường hầm GTP-U dùng để gửi gói tin người dùng IP cuối mang chuyển EPS Nó sử dụng giao diện S1-U sử dụng S5/S8 CP sử dụng GTP-C 2- Đóng gói định tuyến chung ( GRE): GRE sử dụng giao diện S5/S8 kết họp với PMIP Dạng thức GRE IP đường hầm IP để vận chuyển tất liệu thuộc kết nối UE tới PDN cụ thể GRE chạy trực tiếp IP UDP khơng sử dụng Hình 2.10 minh họa cấu trúc giao thức giao diện X2, mà tương tự giao diện S1 Chỉ có giao thức ứng dụng CP khác Downloaded by Ninh Lê (ninhvaytiennhanh@gmail.com) lOMoARcPSD|20482156 Hình 2.10: Các ngăn xếp giao thức mặt phẳng điều khiển mặt phẳng người dùng cho giao diện X2 Giao diện X2 sử dụng di chuyển eNodeB, X2AP bao gồm chức cho chuẩn bị chuyển giao trì tịan liên hệ eNodeB lân cận UP giao diện X2 sử dụng cho chuyển tiếp liệu tạm thời trình chuyển giao, giao diện vô tuyến ngắt kết nối phía nguồn chưa kết nối lại phía đích Chuyển tiếp liệu thực cho liệu hướng xuống, liệu hướng lên điều chỉnh hiệu UE Bảng 2.1 tóm tắt giao thức giao diện cấu hình kiến trúc hệ thống Bảng 2.1 Các giao thức giao diện LTE Downloaded by Ninh Lê (ninhvaytiennhanh@gmail.com) lOMoARcPSD|20482156 2.2 QoS kiến trúc dịch vụ mang chuyển Các ứng dụng void IP , duyệt WEB , thoại video tạo luồng video (video treaming) có nhu cầu QoS đặc biệt Do đặc điểm quan trọng mạng tồn gói cung cấp chế QoS cho phép phân biệt dịng gói tin dựa nhu cầu QoS Trong EPS, dòng QoS gọi mang chuyển EPS thiết lập UE P-GW Hình 2.11 Kiến trúc dịch vụ mang truyền EPS Một phần tử mang vơ tuyến vận chuyển gói tin mang chuyển EPS UE eNB Mỗi dịng IP ( ví dụ void IP ) kết hợp với mang chuyển EPS khác mạng ưu tiên lưu lượng cho phù hợp Khi nhận gói tin IP từ internet , P-GW thực phân loại gói dựa thơng số định biết gửi mang chuyển EPS thích hợp Căn vào mang chuyển EPS , eNB ánh xạ gói tin tới phần tử mang vơ tuyến có QoS thích hợp Có ánh xạ - một mang chuyển EPS phần tử mang vô tuyến 2.3 Giao thức trạng thái chuyển tiếp trạng thái Trong hệ thống LTE , điều khiển tài nguyên vô tuyến (RRC) có chế độ chế độ RRC rảnh dỗi chế độ RRC kết nối mô tả hình 2.12 Một UE chuyển từ trạng thái RRC rảnh dỗi tới trạng thái RRC kết nối kết nối RRC thiết lập thành công Một UE chuyển từ trạng thái RRC kết nối tới trạng thái RRC rảnh dỗi cách giải phóng kết nối RRC trạng thái RRC rảnh dỗi , UE nhận liệu phát quảng bá / phát đa điểm , giám sát kênh tìm gọi để phát gọi đến, thực phép đo ô lân cận, lựa chọn / lựa chọn lại ô thu thông tin hệ thống Hơn nữa, trạng thái RRC rảnh dỗi, UE có chu kỳ DRX ( thu Downloaded by Ninh Lê (ninhvaytiennhanh@gmail.com) lOMoARcPSD|20482156 khơng liên tục) riêng cấu hình lớp phía phép tiết kiệm điện cho UE Ngoài , tính di động điều khiển UE trạng thái RRC rảnh rỗi Hình 2.12 Trạng thái UE chuyển tiếp trạng thái Trong chế độ RRC kết nối, việc truyền liệu đơn hướng tới / từ UE truyền liệu phát quảng bá / đa điểm tới UE diễn Tại lớp thấp ,UE cấu hình với UE cụ thể DRX / DTX ( truyền dẫn gián đoạn ) Hơn nữa, kênh điều khiển giám sát UE liên kết với kênh liệu dùng chung để xác định liệu lập biểu cho nó, cung cấp kênh thơng tin phản hồi chất lượng, thực phép đo ô lân cận, báo cáo đo đạc thu nhận thông tin hệ thống Khác với trạng thái RRC rảnh dỗi tính di động điều khiển mạng trạng thái 2.4 Hỗ trợ tính di động liên tục Một đặc điểm quan trọng hệ thống không dây di động LTE hỗ trợ tính di động liên tục eNB MME/GW Chuyển giao nhanh chóng liên tục (HO) đặc biệt quan trọng với dịch vụ nhạy cảm với trễ VoIP Việc chuyển giao sảy thường xuyên eNB mạng lõi khu vực bao phủ MME/GW phục vụ số lượng lớn eNB thường lớn nhiều so với khu vực bao phủ eNB đơn Tín hiệu giao diện X2 eNB sử dụng để chuẩn bị chuyển giao S- GW hoạt động nút cuối cho cho chuyển giao eNB Trong hệ thống LTE, mạng dựa vào UE để phát ô lân cận để chuyển giao khơng có thơng tin lân cận tín hiệu từ mạng Đối với tìm kiếm đo đạc tần số ô lân cận, có tần số sóng mang cần Một ví dụ chuyển giao hoạt động trạng thái RRC kết nối thể hình 2.13, nơi UE di chuyển từ vùng phủ sóng eNB nguồn (eNB1) vào vùng phủ sóng eNB đích (eNB2) Việc chuyển giao trạng thái RRC kết nối mạng điều khiển hỗ trợ UE UE gửi báo cáo đo lường vô tuyến tới nguồn eNB1 chất Downloaded by Ninh Lê (ninhvaytiennhanh@gmail.com) lOMoARcPSD|20482156 lượng tín hiệu vào eNB2 tốt so với eNB1 Khi chuẩn bị chuyển giao, nguồn eNB1 gửi thông tin ghép nối hoàn cảnh UE tới eNB2 đích ( HO yêu cầu ) vào giao diện X2 Đích eNB2 thực điều khiển nhập vào phụ thuộc vào thông tin QoS mang EPS nhận eNB đích cấu hình tài ngun cần thiết theo thông tin QoS nhận dự trữ C-RNTI ( nhận dạng tạm thời ô mạng vô tuyến ) tùy chọn mở đầu RACH C-RNTI cung cấp nhật biết UE cấp độ ô nhận diện kết nối RRC Khi eNB2 phát tín hiệu tới eNB1 báo sẵn sàng thực chuyển giao thông qua tin phản hồi HO, eNB1 lệnh cho UE (lệnh HO ) thay đổi phần tử mang vô tuyến tới eNB2 UE nhận lệnh HO với thông số cần thiết điều khiển eNB nguồn để thực lệnh HO UE không cần trễ thực chuyển giao với việc cung cấp phản hồi HARQ/ARQ tới eNB nguồn Hình 2.13 Hoạt động chuyển giao Sau nhận lệnh HO, UE thực đồng với eNB đích truy nhập đích thơng qua kênh truy nhập ngẫu nhiên ( RACH) sau thủ tục tranh chấp-tự phần mở đầu RACH dành riêng phân bổ lệnh HO sau thủ tục tranh chấp - khơng có phần mở đầu giành riêng cấp phát Mạng trả lời với việc cấp phát tài nguyên Downloaded by Ninh Lê (ninhvaytiennhanh@gmail.com) lOMoARcPSD|20482156 đường lên định thời trước đặt vào UE Khi UE truy nhập thành cơng vào đích, UE gửi tin xác nhận HO (C-RNTI) với báo cáo tình trạng đệm đường lên cho biết thủ tục chuyển giao hoàn thành với UE Sau nhận tin xác nhận HO, eNB đích gửi thơng điệp chuyển đổi đường dẫn tới MME để thông báo UE thay đổi ô MME gửi thông điệp cập nhật mặt phẳng người dùng tới S-GW S- GW chuyển đường dẫn liệu đường xuống tới eNB đích gửi nhiều gói “ dấu hiệu kết thúc” đường dẫn cũ tới eNB nguồn sau giải phóng tài nguyên mặt phẳng người dùng / TNL với eNB nguồn Sau S-GW gửi thông báo hồi đáp cập nhật mặt phẳng người dùng tới MME Sau MME xác nhận thơng báo chuyển đổi đường dẫn từ eNB đích với thơng báo phản hồi chuyển đổi đường dẫn Sau thông báo phản hồi chuyển đổi đường dẫn nhận từ MME, eNB đích thơng báo thành cơng HO tới eNB nguồn cách gửi thơng báo giải phóng tài ngun tới eNB nguồn kích hoạt giải phóng tài ngun Nhận thơng báo giải phóng tài ngun, eNB nguồn giải phóng tài ngun vơ tuyến tài ngun liên quan tới mặt phẳng điều khiển kết hợp với hoàn cảnh UE Trong chuẩn bị chuyển giao đường hầm mặt phẳng người dùng thiết lập eNB nguồn eNB đích Một đường hầm thiết lập để truyền liệu hướng lên khác để truyền liệu hướng xuống cho mang chuyển EPS mà liệu chuyển tiếp đặt vào Trong thực chuyển giao, liệu người dùng chuyển từ eNB nguồn tới eNB đích Hình 2.14 Khu vực theo dõi cập nhật cho UE trạng thái RRC rảnh rỗi Downloaded by Ninh Lê (ninhvaytiennhanh@gmail.com) lOMoARcPSD|20482156 Đối với việc quản lý tính di động trạng thái RRC rảnh dỗi, khái niệm khu vực theo dõi (TA) đưa Một khu vực theo dõi thường bao gồm nhiều eNB miêu tả hình 2.14 Nhận dạng khu vực theo dõi (TAI) cho biết thông tin mà eNB thuộc TA phát quảng bá phần hệ thống thông tin Một UE phát thay đổi khu vực theo dõi nhận TAI khác so với ô Các UE cập nhật MME với thơng tin TA nó di chuyển qua TA khác Khi P-GW nhận liệu UE, lưu gói vào đệm hỏi MME vị trí UE Sau MME nhắn tin tới UE hầu hết TA Một UE đăng ký đồng thời nhiều TA Điều cho phép tiết kiệm lượng cho UE điều kiện động cao khơng cần liên tục cập nhật vị trí với MME Tính giảm thiểu tải biên TA 2.5 Kiến trúc hệ thống phát quảng bá đa điểm Trong hệ thống LTE, MBMS sử dụng truyền đơn ô truyền đa ô Trong truyền đơn ô , MBMS truyền phạm vi cụ thể truyền dẫn MBMS từ nhiều ô không hỗ trợ Truyền dẫn MBMS đơn ô thực DL-SCH sử dụng kiến trúc mạng giống lưu lượng truyền đơn hướng Các MTCH MCCH ánh xạ vào DL-SCH cho truyền dẫn điểm-đa điểm lập biểu thực eNB Các UE cấp phát kênh phản hồi đường lên dành riêng giống với người dùng truyền đơn hướng, cho phép HARQ ACK/NACK phản hồi CQI Việc truyền lại HARQ thực cách sử dụng nhóm ( dịch vụ cụ thể ) RNTI ( nhận dạng tạm thời mạng vô tuyến ) kết hợp với truyền MTCH gốc Tất UE nhận MBMS nhận truyền lại kết hợp với gốc truyền cấp HARQ Các UE cấp phát kênh thông tin phản hồi dành riêng cho đường lên trạng thái RRC kết nối Để tránh việc truyền MBMS không cần thiết MTCH mà khơng có người sử dụng MBMS, mạng phát có mặt người sử dụng quan tâm tới dịch vụ MBMS hỏi vịng thơng qua u cầu dịch vụ từ UE Việc truyền phát đa ô giúp phát triển dịch vụ truyền thông đa phương tiện ( eMBMS) thực cách truyền sóng giống lúc từ nhiều ô mạng Trong trường hợp này, MTCH MCCH ánh xạ vào MCH cho truyền điểm - đa điểm Hình thức truyền đa ô gọi mạng đơn tần số phát quảng bá đa điểm (MBSFN) Truyền MBSFN từ nhiều ô khu vực MBSFN xem truyền đơn lẻ UE Một khu vực MBSFN bao gồm nhóm khu vực MBSFN đồng mạng phối hợp để truyền MBSFN Một khu vực MBSFN đồng định nghĩa khu vực mạng tất Downloaded by Ninh Lê (ninhvaytiennhanh@gmail.com) lOMoARcPSD|20482156 eNB đồng thực truyền MBSFN Một khu vực dịch vụ MBMS gồm nhiều khu vực MBSFN Một ô khu vực đồng MBSFN hình thành phần nhiều SFN khu vực đặc trưng nội dung khác tập hợp ô mạng tham gia, Một ví dụ khu vực dịch vụ MBMS gồm khu vực MBSFN, khu vực A khu vực B miêu tả hình 2.15 Hình 2.15 Khu vực dịch vụ eMBMS khu vực MBSFN Khu vực MBSFNA bao gồm ô từ A1 tới A5 , ô AB1 AB2 Khu vực MBSFNB bao gồm ô từ B1 tới B5, ô AB1 AB2 Các ô AB1 AB2 phần khu vực MBSFN A B Ô B5 phần khu vực B khơng góp phần vào truyền MBSFN Một ô gọi ô khu vực dành riêng MBSFN Ô khu vực dành riêng MBSFN phép truyền tải dịch vụ khác nguồn tài nguyên phân bố cho MBSFN với khả hạn chế Khu vực đồng MBSFN, khu vực MBSFN dành riêng cấu hình bán tĩnh O & M Kiến trúc MBMS cho truyền dẫn đa ô mô tả hình 2.16 phần tử phối hợp phát đa điểm đa ô ( MCE) phần tử logic, có nghĩa phần phận mạng eNB MCE thực chức phân bổ nguồn tài nguyên vô tuyến sử dụng tất eNB khu vực MBSFN xác định cấu hình vơ tuyến bao gồm sơ đồ điều chế mã hóa Các MBMS GW phần tử logic mà chức gửi / phát quảng bá gói MBMS với giao thức SYNC tới eNB truyền dịch vụ Downloaded by Ninh Lê (ninhvaytiennhanh@gmail.com) lOMoARcPSD|20482156 MBMS GW chủ lớp DPCP mặt phẳng người dùng phát đa điểm sử dụng IP cho việc chuyển tiếp liệu người dùng MBMS tới eNB Hình 2.16 Kiến trúc logic eMBMS Các eNB kết nối với eMBMS GW thông qua giao diện mặt phẳng người dùng túy M1 M1 giao diện mặt phẳng người dùng túy, khơng có phần ứng dụng mặt phẳng điều khiển định nghĩa cho giao diện Hai giao diện mặt phẳng điều khiển M2 M3 xác định Phần ứng dụng giao diện M2 vận chuyển liệu cấu hình vơ tuyến cho eNB có chế độ truyền dẫn đa Phần ứng dụng giao diện M3 MBMS GW MCE thực việc điều khiển phiên MBMS truyền tín hiệu lên cấp độ mang chuyển EPS bao gồm thủ tục bắt đầu phiên dừng lại Một yêu cầu quan trọng truyền tải dịch vụ MBMS đa ô việc đồng nội dung MBMS phép hoạt động MBSFN Kiến trúc mặt phẳng người dùng eMBMS cho đồng nội dung thể hình 2.17 Downloaded by Ninh Lê (ninhvaytiennhanh@gmail.com) lOMoARcPSD|20482156 Hình 2.17 Kiến trúc mặt phẳng người dùng eMBMS cho đồng nội dung Lớp giao thức SYNC định nghĩa dựa lớp mạng vận chuyển (TNL) để hỗ trợ chế đồng hóa nội dung Giao thức SYNC mang thông tin bổ sung cho phép eNB xác định thời điểm cho truyền khung vô tuyến phát gói Các eNB tham gia truyền MBMS đa ô yêu cầu phải tuân theo chế đồng hóa nội dung Các eNB truyền theo dịch vụ đơn khơng bắt buộc phải tuân theo yêu cầu thời gian nghiêm ngặt định giao thức SYNC Trong trường hợp PDCP sử dụng để nén tiêu đề, nằm eMBMS GW Các UE thu MTCH truyền tham gia vào kế hoạch phản hồi MBMS cần phải đặt trạng thái RRC kết nối Mặt khác, UE nhận MTCH truyền mà không tham gia vào chế phản hồi MBMS hai chế độ RRC rảnh dỗi RRC kết nối Để nhận truyền đơn MTCH, UE cần phải chế độ RRC kết nối Tín hiệu mà kích hoạt UE chuyển sang chế độ RRC kết nối dành cho mục đích thu nhận đơn mang MCCH CHƯƠNG III: CÁC ƯU ĐIỂM NHƯỢC ĐIỂM CỦA HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 4G LTE Ưu điểm - Công suất cao : Ưu dễ dàng nhận thấy sử dụng mạng 4G gì? Chắc chắn có chung câu trả lời cơng suất cao nghĩa mạng 4G có khả hỗ trợ lúc nhiều người sử dụng mạng thời điểm - Tốc độ truy cập web cao : So với mạng thơng thường tốc độ truyền liệu 4G làm bạn ngạc nhiên đạt tốc độ cao hẳn Do mà ứng dụng chạy mượt điều hiển nhiên Tốc độ truy cập web cao với dung lượng lớn ưu điểm lớn mà người sử dụng thích thú dùng mạng 4G vào cơng việc, giải trí mà khơng lo gián đoạn hay chậm mạng Downloaded by Ninh Lê (ninhvaytiennhanh@gmail.com) lOMoARcPSD|20482156 Nhược điểm - Hao pin nhanh : Theo nghiên cứu,việc sử dụng, kết nối 4G làm máy tính, điện thoại nhanh hao pin Điều mà nhà cơng nghệ chưa tìm giải pháp tối ưu - Tăng khoản chi tiền điện thoại : Tốc độ truy cập mạng 4G nhanh giúp thu hút tin dùng nhiều tín đồ công nghệ, điện thoại thông minh Thời gian sử dụng 4G tăng lên làm cho tiền điện thoại tăng lên đáng kể - Phải tải nhiều ứng dụng máy : Tốc độ truy cập cao nên người sử dụng truy cập mạng nhanh chóng họ phải tải máy tương đối nhiều ứng dụng không quan trọng máy chủ phải cập nhật KẾT LUẬN Mạng kết nối 4G LTE, gọi "tiêu chuẩn vàng cơng nghệ khơng dây", cơng nghệ có khả cung cấp tốc độ kết nối nhanh cho nhiều thiết bị lúc Mạng 4G viết tắt “công nghệ liệu mạng di động hệ thứ 4” - theo định nghĩa ngành vô tuyến điện từ Liên minh Viễn thông Quốc tế (ITU-R) 4G phiên kế nhiệm mạng 3G, chuẩn kết nối hệ thứ ba Mạng 4G LTE có tốc độ nhanh đáng kể so với 3G Trước 4G LTE nhà mạng viễn thông cung cấp dịch vụ thành phố lớn, nhiên độ phủ sóng 4G LTE phổ biến hơn, kể vùng sâu vùng xa sử dụng loại mạng thay cho 3G Trên thực tế, có số nhà mạng cung cấp LTE số khác mạng 4G, nhiên người dùng thường không nhận thấy khác biệt tốc độ tải lên tải xuống chuẩn kết nối mạng Downloaded by Ninh Lê (ninhvaytiennhanh@gmail.com) lOMoARcPSD|20482156 Một lợi khác mạng 4G LTE khả thực gọi liền mạch Các mạng cũ sử dụng cơng nghệ chuyển mạch nên gây gián đoạn gọi người dùng kết nối với mạng 4G LTE Để khắc phục tình trạng này, nhà cung cấp dịch vụ di động sử dụng kết hợp loại mạng, mạng áp dụng công nghệ chuyển mạch kênh để dành cho dịch vụ liên lạc thoại, liệu di động sử dụng mạng 4G sử dụng kênh riêng lại để kết nối Như vậy, thiết bị vừa kết nối 4G LTE vừa thực gọi thoại mà khơng cịn gặp gián đoạn Tài liệu tham khảo: - thuvien.vku.udn.vn Downloaded by Ninh Lê (ninhvaytiennhanh@gmail.com) ... 22 2.4 Hỗ trợ tính di động liên tục 23 2.5 Kiến trúc hệ thống phát quảng bá đa điểm .26 CHƯƠNG III: CÁC ƯU ĐIỂM NHƯỢC ĐIỂM CỦA HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 4G LTE 30 Ưu điểm... gốc hệ thống quản lý cần xác định rõ, số vấn đề yêu cầu độ phức tạp thấp,các thiết bị đầu cuối tiêu thụ lượng 10Cùng tồn với chuẩn hệ thống trước: Hệ thống LTE phải tồn phối hợp hoạt động với hệ. .. thông tin phản hồi chất lượng, thực phép đo ô lân cận, báo cáo đo đạc thu nhận thông tin hệ thống Khác với trạng thái RRC rảnh dỗi tính di động điều khiển mạng trạng thái 2.4 Hỗ trợ tính di động