Kiến trúc mạng 4g LTE

Hình1.7 miêu tả kiến trúc và các thành phần mạng trong cấu hình kiến trúc nơi chỉ có 1 EUTRAN tham gia. Hình này cũng cho thấy sự phân chia kiến trúc mạng 4G LTE thành bốn thành phần chính: thiết bị người dùng (UE), UTRAN phát triển (EUTRAN), mạng lõi gói phát triển (EPC) và các vùng dịch vụ.

1.1.1 Kiến trúc mạng 4G LTE Hình1.7 miêu tả kiến trúc thành phần mạng cấu hình kiến trúc nơi có E-UTRAN tham gia Hình cho thấy phân chia kiến trúc mạng 4G LTE thành bốn thành phần chính: thiết bị người dùng (UE), UTRAN phát triển (E-UTRAN), mạng lõi gói phát triển (EPC) vùng dịch vụ Hình1.7 : Kiến trúc mạng 4G LTE 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 Cơng 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 cũ PSTN ISDN thông qua cổng đa phương tiện điều khiển Sự phát triển E-UTRAN tập chung vào nút, nút B phát triển (eNode B) Tất chức vô 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 tòan 1.1.2 Mạng lõi gói phát triển (EPC) Mạng lõi EPC phát triển 3GPP bao gồm thành phần: thực thể quản lý tính di động (MME), cổng phục vụ (S-GW), cổng liệu gói (P-GW), chức sách tính cước tài nguyên (PCRF), máy chủ thuê bao thường trú (HSS) Phần tử mạng MME SGW PGW PCR F HSS Chức + Xác thực bảo mật + Quản lý tính di động - Chọn MME cho chuyển giao - Chọn SGSN cho chuyển giao mạng 2G 3G (3GPP) + Quản lý hồ sơ thuê bao dịch vụ kết nối + Giám sát quyền truy nhập vào mạng + Cung cấp liệu đường hầm GTP cho hướng lên, xuống + Gián tiếp chuyển liệu hướng xuống thực chuyển giao + Ánh xạ luồng dịch vụ IP + Chức cao cấp S-GW quản lý đường hầm UP chuyển mạch + Chọn lọc luông IP liệu người dùng + Điều khiển đường hầm mặt phẳng người dùng + Các yêu cầu sách quản lý tính cước + Cấp địa IP cho UE + Chịu trách nhiệm sách điều khiển tính cước + Kiểm sốt yêu cầu quy tắc QoS + Các quy tắc QoS cho việc ánh xạ luồng dịch vụ IP đường hầm GTP + Lưu trữ gốc thông tin hồ sơ thuê bao + Ghi lại vị trí người sử dụng mức độ nút điều khiển mạng tạm trú + Chứa dịch vụ mà UE sử dụng Bảng 1.1: Chức phần tử mạng lõi EPC 1.1.3 Mạng truy nhập E-UTRAN Nghiên cứu phát triển E-UTRAN tập trung lên nút, nút B phát triển (eNodeB: Evolved Node B) eNodeB điểm kết cuối cho tất giao thức vô tuyến E-UTRAN đơn giản mạng lưới eNodeB kết nối với qua giao diện X2 kết nối với EPC đường giao tiếp S1 Các đường giao tiếp dùng để chuẩn bị chuyển giao dùng để gửi chuyển tiếp liệu người dùng (các gói IP) từ mạng sở sang mạng sở để giảm thiểu liệu người dùng thất q trình chuyển giao Khơng giống UMTS, mạng vô tuyến LTE thực chuyển giao cứng, tức vào thời điểm có cell liên lạc với UE Về mặt chức eNodeB hoạt động cầu nối lớp UE EPC, điểm kết cuối tất giao thức vôt uyến kết nối dựa IP tương ứng đến EPC Trong vai trò này, eNodeB thực mật mã hóa/giải mật mã hóa số liệu đồng thởi nén/giải nén tiêu đề IP Về phương diện mạng, eNodeB quản lí số lượng cell định Khác với 2G hay 3G, LTE tích hợp chức điều khiển vô tuyến eNodeB Điều cho phép tương tác thích hợp lớp giao thức khác mạng truy cập vơ tuyến, giảm trễ cải thiện hiệu suất Ngoài ra, eNodeB có vai trò quan trọng quản lý di động (MM: Mobility Management) eNodeB điều kiển phân tích đo đạc mức tín hiệu vơ tuyến UE thực hiện, tự tìm thực đo đạc tương tụ dựa kết đo đạc đưa định chuyển giao UE ô Mặt phẳng người sử dụng: Giao thức mặt phẳng người dùng EUTRAN, bao gồm lớp PDCP, RLC MAC: Hình 1.8: Ngăn xếp giao thức mặt phẳng người dùng + MAC : Điều khiển truy nhập môi trường chịu trách nhiệm lập biểu phát lại nhanh Chức lập biểu đặt eNodeB, nút có thực thể MAC cho ô, cho đường lên đường xuống + RLC : Điều khiển liên kết vơ tuyến chịu trách nhiệm phân đoạn/móc nối, xử lý phát lại chuyển theo thứ tự đến lớp cao + PDCP : Giao thức hội tụ số liệu gói thực nén tiêu đề để giảm số bít cần thiết phát giao diện vơ tuyến PDCP chịu trách nhiệm mật mã hóa bảo vệ tồn vẹn số liệu phát Tại phía thu PDCP thực giải mã giải nén Mỗi đầu cuối lập cấu hinh thực thể PDCP kênh mang vô tuyến + Lớp lý ( PHY ): Xử lý mã hóa/giải mã, điều chế/giải điều chế, xếp đa anten chức điển hình khác lớp vật lý + NAS: Giao diện UE MME mạng ( bên EUTRAN) Giữa việc thực nhận thực khác UE, điều khiển bảo mật tạo phần tin gọi + Điều khiển tài nguyên vô tuyến (RRC): giao thức nhằm kiểm soát việc sử dụng nguồn tài ngun vơ tuyến Nó quản lý báo hiệu UE kết nối liệu, bao gồm chức chuyển giao [2], [6] Hình1.9: Ngăn xếp giao thức mặt phẳng điều khiển ... 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... 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 tòan 1.1.2 Mạng lõi gói phát triển (EPC) Mạng lõi EPC phát triển 3GPP bao... + Ghi lại vị trí người sử dụng mức độ nút điều khiển mạng tạm trú + Chứa dịch vụ mà UE sử dụng Bảng 1.1: Chức phần tử mạng lõi EPC 1.1.3 Mạng truy nhập E-UTRAN Nghiên cứu phát triển E-UTRAN