Mạng truy nhập LTE rất đơn giản và giảm thiểu chỉ cịn trạm gốc là eNodeB và phần giao diện vơ tuyến LTE phủ sĩng cho ngƣời dùng (UE) truy cập vào mạng.
Kiến trúc giao diện vơ tuyến LTE đƣợc chia thành hai phần là phần điều khiển và phần ngƣời dùng. Phần điều khiển đảm nhận việc thiết lập kết nối, báo hiệu giữa UE và eNodeB. Phần ngƣời dùng cĩ nhiệm vụ truyền nhận và xử lý dữ liệu truy nhập giữa UE và eNodeB. Phần điều khiển bao gồm cĩ các lớp chính: lớp vật lý, lớp MAC, lớp RLC, lớp RRC. Phần ngƣời dùng bao gồm các lớp chính: lớp vật lý, lớp MAC, lớp RLC, lớp PDCP.
Hình 2.7 Kiến trúc phân lớp LTE [1]
Hình 2.7 cho thấy các giao thức CP liên quan tới kết nối của UE yới một PDN. Các giao diện từ một MME đƣợc thể hiện bởi hai phần, phần trên hàng đầu là
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://lrc.tnu.edu.vn/
các giao thức hƣớng tới E-UTRAN và UE, và phần dƣới hiện thị các giao thức hƣớng tới các cổng. Các giao thức hiển thị trong nền trắng đƣợc phát triển bởi 3GPP, trong khi các giao thức trong nền xám đƣợc phát triển trong IETF, và đại diện cho các cơng nghệ mạng tiểu chuẩn đƣợc sử dụng cho truyền tải trong EPS. 3GPP chỉ xác định những cách cụ thể mà các giao thức này đƣợc sử dụng.
Lớp trên cùng trong CP là các lớp khơng truy cập (NAS), bao gồm cĩ hai giao thức riêng biệt đƣợc thực hiện truyền tải tín hiệu trực tiếp giữa UE mà MME. Các giao thức lớp NAS là :
Quản lý tính di động EPS ( EMM): các giao thức MME cĩ trách nhiệm về điều khiển tính di động của UE trong hệ thống. Nĩ bao gồm các chức năng kết nối vào và tách ra từ mạng, và thực hiện việc cập nhật vị trí. Điều này đƣợc gọi là cập nhật khu vực theo dõi (TAU), và nĩ diễn ra trong chế độ nhàn dỗi. Chú ý rằng các chuyển giao trong chế độ kết nối đƣợc xử lý bởi các giao thức lớp thấp hơn, nhƣng các lớp EMM khơng bao gồm các chức năng tái kích hoạt các UE từ chế độ nhàn rỗi.
Hình 2.8 Ngăn xếp giao thức mặt phẳng điều khiển trong EPS [1]
Quản lý phiên EPS ( ESM): Giao thức này cĩ thể đƣợc sử dụng để điều khiển việc quản lý phần tử mang giữa UE và MME, và nĩ đƣợc sử dụng bổ sung cho E- UTRAN trong việc quản lý phần tử mang. Lƣu ý rằng sẽ khơng sử dụng các thủ tục ESM nếu tình trạng của các phần tử mang là đã cĩ sẵn trong mạng lƣới và quy trình E- UTRAN cĩ thể chạy ngay lập tức.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://lrc.tnu.edu.vn/
Điều khiển tài nguyên vơ tuyến (RRC): Giao thức này nhằm kiểm sốt việc sử dụng nguồn tài nguyên vơ tuyến. Nĩ quản lý báo hiệu của UE và các kết nối dữ liệu, và nĩ cũng bao gồm các chức năng chuyển giao.
Giao thức hội tụ dữ liệu gĩi ( PDCP): Các chức năng chính của PDCP là nén tiêu đề IP (UP), mã hĩa và bảo vệ sự tồn vẹn ( chỉ với CP).
Điều khiển liên kết vơ tuyến (RLC): Giao thức RLC cĩ trách nhiệm phân đoạn và ghép nối các PDCP-PDU để truyền cho giao diện vơ tuyến. Nĩ cũng thực hiện việc sửa lỗi với phƣơng pháp yêu cầu truyền lại tự động (ARQ).
Điều khiển truy nhập mơi trường (MAC): Lớp MAC cĩ trách nhiệm lập kế hoạch dữ liệu theo các ƣu tiên và ghép kênh dữ liệu tới các khối truyền tải ở lớp 1. Lớp MAC cũng cung cấp việc sửa lỗi với HARQ.
Lớp vật lý (PHY): Đây là lớp 1 của giao diện vơ tuyến LTE-UU nĩ cĩ các chức năng giống nhƣ của DS-CDMA. Trong EPC cĩ hai giao thức khác cho giao diện S5/S8. Các giao thức sau cĩ liên quan khi GTP đƣợc sử dụng trong S5/S8 :
- Mặt phẳng điều khiển giao thức đƣờng hầm GPRS ( GTP-C) : Nĩ quản lý các kết nối UP trong EPC. Nĩ bao gồm báo hiệu QoS và các thơng số khác. Nếu GTP đƣợc sử dụng trong giao diện S5/S8 thì nĩ cịn quản lý các đƣờng hầm GTP-U. GTP-C cũng thực hiện các chức năng quản lý di động trong EPC. Nhƣ việc khi các đƣờng hầm GTP-U của một UE cần phải đƣợc chuyển từ một nút tới một nút khác.
- Truyền tải UDP-IP : giao thức dữ liệu đơn vị ( UDP) và IP đƣợc sử dụng nhƣ là truyền tải IP căn bản và tiêu chuẩn. UDP đƣợc sử dụng thay vì giao thức điều khiển truyền dẫn (TCP) bởi vì các lớp cao hơn đã đƣợc cung cấp sự truyền tải tin cậy với cơ chế khắc phục lỗi và truyền lại. Các gĩi tin IP trong EPC cĩ thể đƣợc vận chuyển trên một loạt các cơng nghệ ở lớp 1 và lớp 2.
Các giao thức sau đƣợc sử dụng khi S5/S8 dựa trên PMIP:
+ IP di động ủy nhiệm (PMIP) : PMIP là giao thức khác cho giao diện
S5/S8. nĩ giữ việc quản lý tính di động, nhƣng khơng bao gồm các chức năng nhƣ quản lý phần tử mang.
+ IP : PMIP chạy trực tiếp trên IP, và nĩ đƣợc sử dụng nhƣ là truyền tải IP tiêu chuẩn.
UP đƣợc thể hiện nhƣ trong hình 2.8 minh họa cấu trúc giao thức UP cho UE kết nối với P-GW. Bao gồm các lớp của ngƣời dùng IP cuối, tức là các giao thức thành
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://lrc.tnu.edu.vn/
hình thành nên lớp 2 và đƣợc sử dụng để vận chuyển các gĩi tin IP đến ngƣời sử dụng cuối. Cấu trúc giao thức là tƣơng tự với CP. Điều này ấn định một thực tế là tồn bộ hệ thống đƣợc thiết kế để vận chuyển dữ liệu gĩi chung, và cả hai tín hiệu CP và dữ liệu UP cuối cùng đều là dữ liệu gĩi. Chỉ cĩ kích thƣớc khác nhau.
Hình 2.9 Ngăn xếp giao thức mặt phẳng ngƣời dùng trong EPC [1]
Hầu hết các giao thức đƣợc đƣa ra đã đƣợc nêu ở trên, ngoại trừ hai điều sau đƣợc lựa chọn trong bộ giao thức của giao diện S5/S8:
Mặt phẳng ngƣời dùng giao thức đƣờng hầm GPRS ( GTP-U) : GTP-U đƣợc sử dụng khi S5/S8 là dựa trên GTP. Dạng thức của GTP-U đĩ là đƣờng hầm GTP-U đƣợc dùng để gửi các gĩi tin của ngƣời dùng IP cuối về một mang chuyển EPS. Nĩ đƣợc sử dụng trong giao diện S1-U và sử dụng trong S5/S8 nếu CP sử dụng GTP-C. Đĩng gĩi định tuyến chung ( GRE) : GRE sử dụng giao diện S5/S8 kết hợp với PMIP. Dạng thức của GRE là một IP trong đƣờng hầm IP để vận chuyển tất cả các dữ liệu thuộc về một kết nối của UE tới một PDN cụ thể. GRE là chạy trực tiếp trên IP và UDP là khơng sử dụng. Hình 2.20 minh họa cấu trúc giao thức giao diện X2, mà tƣơng tự nhƣ của giao diện S1. Chỉ cĩ giao thức ứng dụng CP là khác nhau.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://lrc.tnu.edu.vn/
Hình 2.10 Các ngăn xếp giao thức mặt phẳng điều khiển và mặ phẳng ngƣời dùng cho giao diện X2 [1]
Bảng 2.1 Tĩm tắt các giao thức và giao diện trong cấu hình kiến trúc hệ thống cơ bản.
Giao diện Giao thức Đặc tả kỹ thuật
LTE-Uu CP:RRC/PDC/PDCP/RLC/MAC/PHY UP:PDC/PDCP/RLC/MAC/PHY 36.300[6] X2 CP: X3AP/SCTP/IP UP:GTP-U.UDP/IP 36.424[7] 29.274[8] S1-MME S1AP/SCTP/UDP/IP 36.413[9] S1-U GTP-U/UDP/IP 29.274[8] S1 0 GTP-C/UDP/IP 29.274[8] S1 1 GTP-C/UDP/IP 29.274[8] S5/S8 (GTP) GTP-U/UDP/IP 29.274[8] S5/S8(PMIP) CP: PMIP/IP UP:GRE/IP 29.275[10]
SGi IP(also Diameter &Radiums) 29.061[11]
S6a Diameter/SCTP/IP 29.272[12]
Gx Diameter/SCTP/IP 29.212[13]
Gxc Diameter/SCTP/IP 29.212[13]
Rx Diameter/SCTP/IP 29.214[14]
UE-MME EMM, ESM 24.301[15]