LTE và LTE-Advanced
3.2.2. Đường giao tiếp giữa mạng lõi với mạng truy nhập vô tuyến
Như được minh họa trong Hình 3.1, nút gateway giữa mạng truy cập vô tuyến và mạng lõi được phân ra thành hai thực thể luận lý: Serving Gateway (Serving-GW) và Mobility Management Entity (MME). Kết hợp với nhau, chúng thực hiện những công việc tương tự như SGSN (Serving GPRS Support Node) trong các mạng UMTS vậy. Trong thực tế, cả hai thành phần luận lý này có thể được thực hiện trên cùng một thiết bị phần cứng hoặc có thể được tách ra để có thể tăng giảm kích cỡ độc lập với nhau.
MME là thực thể thuộc mặt phẳng điều khiển của LTE, chịu trách nhiệm những phần việc sau đây:
Báo hiệu quản lý phiên làm việc và quản lý tính di động của thuê bao. Phần việc này bao gồm những tác vụ như xác minh (hoặc nhận thực _ authentication), thiết lập các kênh truyền
tải vô tuyến, hậu thuẫn việc chuyển giao giữa các eNodeB khác nhau và đến/từ các mạng vô tuyến khác nhau (ví dụ như GSM, UMTS).
Theo dõi vị trí của các UE trong chế độ rỗi, tức là trong khi không có kênh truyền tải vô tuyến nào được thiết lập bởi vì chúng đã không trao đổi các gói dữ liệu với mạng trong một quãng thời gian kéo dài.
Chọn lựa một gateway nối với Internet khi UE yêu cầu thiết lập một phiên làm việc, tức là khi nó yêu cầu mạng cấp một địa chỉ IP.
Serving-GW chịu trách nhiệm đối với mặt phẳng người dùng, tức là chịu trách nhiệm gửi chuyển tiếp các gói IP giữa các UE và Internet. Như đã nói trong chương dành cho UMTS, các
đường hầm IP được sử dụng trong mạng truy cập vô tuyến và mạng lõi để thay đổi tuyến đường của của các gói IP khi người dùng được chuyển giao từ cell này sang cell khác trong khi di chuyển. Giao thức GPRS Tunneling Protocol (GTP) được sử dụng lại cho mục đích này, và cơ chế hoạt động của nó cũng giống như đã minh họa cho UMTS trong Hình 2.3 ở chương 2 vậy. Sự khác biệt với UMTS là, đường hầm dành cho một người dùng trong mạng vô tuyến được kết thúc trực tiếp trong chính eNodeB chứ không còn trên một thành phần trung gian như RNC nữa. Thế có nghĩa là BTS được nối trực tiếp qua một đường truyền IP với Serving-GW, và có thể dùng các công nghệ mạng vận chuyển khác nhau chẳng hạn như Ethernet qua cáp quang hoặc cáp đồng, DSL, vi ba, v.v... Ngoài ra, thiết kế của đường giao tiếp S1 đơn giản hơn những đường giao tiếp tương tự của các mạng vô tuyến trước đó, vốn phụ thuộc nặng vào các dịch vụ của các giao thức tầng thấp phức tạp.
Bởi vì đường giao tiếp S1 được dùng cho cả dữ liệu người dùng (nối với Serving-GW) lẫn dữ liệu báo hiệu (nối với MME), nên kiến trúc của các giao thức tầng cao hơn được phân ra thành hai bộ giao thức khác biệt: S1-C và S1-U. Giao thức S1-C (điều khiển) được dùng để trao đổi các thông điệp điều khiển giữa một UE và MME. Như được trình bày bên dưới, các thông điệp này được trao đổi qua các kênh “non-IP” đặc biệt trên giao tiếp vô tuyến rồi sau đó được NodeB đặt vào trong các gói IP trước khi chúng được gửi chuyển tiếp đến MME. Tuy nhiên, dữ liệu người dùng đã được truyền với tính cách các gói IP qua giao tiếp vô tuyến, và chúng được gửi chuyển tiếp qua giao thức S1-U (người dùng) đến Serving-GW. Giao thức S1-U là một sự mô phỏng của giao thức GTP từ GPRS và UMTS (xem lại Hình 2.3).
Nếu MME và Serving-GW được thực hiện riêng biệt, đường giao tiếp S11 sẽ được dùng để liên lạc giữa hai thực thể đó. Cần có sự liên lạc giữa hai thực thể đó, ví dụ như để tạo ra các kênh truyền khi người dùng nối vào mạng, hoặc để sửa đổi một đường hầm khi một người dùng nào đó di chuyển từ cell này sang cell khác.
Không giống như các mạng vô tuyến không dây trước đó, khi một gateway của mạng truy nhập (SGSN) chịu trách nhiệm đối với một số RNC nhất định và mỗi RNC đến lượt nó lại chịu trách nhiệm đối với một số trạm cơ sở nhất định, đường giao tiếp S1 hậu thuẫn một kiến trúc nối kết mắt lưới (mesh). Thế có nghĩa là không phải chỉ một mà vài MME và Serving-GW có thể liên lạc với từng eNodeB, và số lượng MME và Serving-GW có thể khác biệt. Điều này làm giảm số lượng các cuộc chuyển giao liên-MME khi người dùng di chuyển, và cho phép số lượng MME phát triển độc lập với số lượng Serving-GW, bởi vì dung lượng của MME lệ thuộc vào tải trọng báo hiệu, còn dung lượng của Serving-GW lệ thuộc vào tải trọng dữ liệu truyền của người dùng. Những dung lượng này có thể phát triển khác nhau qua thời gian, khiến cho việc phân cách các thực thể này rất đáng thú vị. Một kiến trúc mắt lưới của giao tiếp S1 cũng bổ sung tính dự phòng cho mạng. Nếu một MME hỏng, ví dụ như vậy, thì một MME thứ hai có thể tự động tiếp quản nếu nó được định cấu hình để phục vụ những cell giống như MME kia. Tác hại duy nhất của một cơ chế khôi phục tự động khi gặp hỏng hóc như vậy là, những người dùng được phục vụ bởi MME hỏng phải đăng ký lại với mạng. Những khả năng mắt lưới của giao tiếp S1 được dùng trong thực tế như thế nào là tùy thuộc vào chính sách của các nhà cung cấp dịch vụ mạng và vào kiến trúc của mạng vận chuyển bên dưới.
