Song song với việc truy nhập vô tuyến LTE, các mạng lõi cũng đang tiến đến cấu trúc SAE. Cấu trúc này được thiết kế để tối ưu hóa hiệu suất mạng,cải thiện hiệu quả đầu tư và tạo thuận lợi cho việc phát triển thị trường dịch vụ trên nền IP.
Hình 19. Cấu trúc mạng LTE áp dụng SAE
Có 2 nút trong cấu trúc SAE là các trạm gốc LTE (eNodeB) và cổng SAE (SAE Gateway) (xem hình 20). Cấu trúc phẳng này làm giảm số lượng nút tham gia trong việc kết nối.
Kiểm soát tín hiệu, ví dụ như tính di động, được điều khiển bởi các nút quản lý di động(MME),tách biệt khỏi cổng,tạo điều kiện tối ưu hóa việc triển khai mạng và cho phép mở rộng khả năng thích ứng đối với Ứng dụng cố định (Fixed), di chuyển có giới hạn (nomadic) và di động, Khả năng Non Line-of-Sight được cải thiện, dễ dàng cho việc triển khai các đầu cuối Indoor và Outdoor, các thiết bị plug- and-play.
Để giảm thiểu sự phức tạp của hệ thống, LTE đã có một số cải tiến so với thế hệ di động 3G trước đây. Với việc phát triển hệ thống Evolved Packet System (EPS) lên mạng lõi tiên tiến Evovled Packet Core (EPC). Chức năng thiết yếu của phần tử mạng này là chức năng điều khiển (MME) từ chức năng bearer–plane (SGW) qua việc định nghĩa điểm tham chiếu mở (S11) giữa chúng. Vì E-UTRAN sẽ cung cấp băng thông cao hơn để cung cấp các dịch vụ mới cũng như cải thiện các dịch vụ hiện tại, việc chia tách MME từ SGW với mục đích với nền tảng SGW có thể tối ưu hóa việc xử lý các gói tin, trong khi MME với nền tảng có thể tối ưu hóa các giao dịch điều khiển. Điều này tạo ra sự lựa chọn tối ưu hóa về chi phí và độc lập giữa các phần tử này. Nhà khai thác sẽ có sự lựa chọn độc lập về vị trí cũng như qui mô triển khai các phần tử mạng này, trong việc tối ưu hóa băng thông và giảm độ trễ latency cũng như tập trung các điểm lỗi.
Hình 21. Cấu trúc tổ chức mạng LTE
Mạng truy cập vô tuyến tiên tiến RAN (Evolved Radio Access Network)
thành phần tiên tiến RAN đối với LTE là 1 eNodeB (eNB) cung cấp giao tiếp với các UE. eNB đảm nhiện các lớp vật lý (PHY), kiểm soát truy nhập môi trường truyền (MAC), kiểm soát đường truyền vô tuyến (RLC) và giao thức điều khiển dữ liệu gói (PDCP) bao gồm chức năng mã hóa và nén các header của user – plane. eNB cũng cung cấp chức năng kiểm soát tài nguyên vô tuyến (RRC) thuộc control – plane. Nó thực hiện nhiều chức năng bao gồm quản lý tài nguyên vô tuyến, kiểm soát quản lý, định thời, thực thi QoS thỏa thuận thuộc hướng lên UL, quảng bá thông tin trạm, mã hóa và giải mả các dữ liệu thuộc user và control plane và nén/giải nén các header của DL/UL user plane.
Serving Gateway (SGW): SGW định tuyến và chuyển các gói dữ liệu người dùng, trong khi vẫn làm vai trò là điểm điều khiển tính di động của user plane trong suốt quá trình chuyển giao giữa các điểm eNB và cũng là điểm điều khiển cho quá trình di động giữa công nghệ LTE và các công nghệ thuộc 3GPP khác (kết cuối giao thức S4 và trung chuyển lưu lượng giữa các hệ thống 2G/3G và PDN GW). Đối với các UE ở trạng thái rỗi, SGW kết đường dữ liệu DL và kích khởi tìm kiếm (paging)
khi dữ liệu DL đến UE đó. Nó quản lý và lưu trữ các thông tin UE, ví dụ như dịch vụ cơ bản IP, các thông tin định tuyến. Nó cũng làm chức năng tạo bản sao dữ liệu trong trường hợp lawful interception.
Mobility Management Entity (MME): MME là node điều khiển chính đối với mạng truy nhập LTE. Nó đảm nhiệm chức năng dò tìm các UE ở trạng thái rỗi và thực hiện các chức năng dò tìm và paging bao gồm việc truyền lại. Nó tham gia vào quá trình kích hoạt và loại bỏ dịch vụ cơ bản và cũng đảm nhiệm việc chọn lựa SGW cho UE tại thời điểm gán(attach) ban đầu và thời điểm chuyển giao nội mạng LTE của core network. MMNE còn làm chức năng xác thực thuê bao (qua HSS). Báo hiệu Non-Access Stratum (NAS) kết thúc tại MNE và nó đảm nhiệm việc tạo và cấp phát nhận dạng tạm thời đối với các UE. Nó kiểm tra các quyền của UE cấp bởi mạng di động của nhà cung cấp dịch vụ và thi hành các giới hạn roaming UE. MNE là điểm kết cuối trong mạng đối với bảo vệ việc mã hóa/toàn vẹn đối với báo hiệu NAS và quản lý các khoa bảo mật. Báo hiệu Lawful Interception cũng được hỗ trợ bời MNE. MNE cung cấp chức năng control plane đối với di động giữa LTE và mạng 2G/3G với kết cuối tham chiếu S3 tại MNE từ SGSN. MNE còn kết cuối tham chiếu S6a đối với Home HSS cho các Roaming UE.
Packet Data Network Gateway (PDN GW): PDN GW cung cấp kết nối giữa các UE va mạng dữ liệu gói bên ngoài với tư cách là điểm ra vào lưu lượng đối với UE. UE có thể có đồng thời rất nhiều kết nối đối với các PDN GW khác nhau để truy cập đến các mạng PDN khác. PDN GW làm chức năng thực thi chính sách, lọc các gói cho mỗi UE, hỗ trợ tính cước, lawful Interception và packet screening. Một vai trò khác của PDN GW là hoạt động như một điểm neo khi di động giữa các mạng 3GPP và các mạng công nghệ không phải 3GPP khác như WiMAX và 3GPP2 (CDMA 1x and Ev-DO).
Các giao diện kết nối trong mạng LTE:
S1-MME là điểm tham chiếu giao thức điều khiển control plane giữa E- UTRAN và MME. Giao thức tại điểm tham chiếu này là eRANAP và nó sử dụng Stream Control Transmission Protocol (SCTP) như giao thức vận chuyển.
S1-U là điểm tham chiếu giữa E-UTRAN và SGW đối với tunnel các gói dữ liệu trên từng người dùng và các đường chuyển dữ liệu trong quá trình chuyển giao inter-eNB. Giao thức vận chuyển trên điểm tham chiếu này là GPRS Tunneling Protocol-User plane (GTP-U).
S2a cung cấp hỗ trợ về điều khiển và di động liên quan giữa truy cập trusted non-3GPP IP và Gateway thuộc user plane. S2a dựa trên Proxy Mobile IP.
S2b cung cấp hỗ trợ về điều khiển và di động liên quan giữa truy cập evolved Packet Data Gateway (ePDG) và PDN GW thuộc user plane. Nó dựa trên Proxy Mobile IP.
S2c cung cấp hỗ trợ về điều khiển và di động liên quan giữa truy cập UE và PDN GW thuộc user plane. Điểm tham chiếu này được thực hiện qua trusted và/hoặc untrusted non-3GPP access và/hoặc 3GPP access.
S3 là điểm tham chiếu giao tiếp giữa SGSN và MME cho phép trao đổi các thông tin người dùng và dịch vụ cơ bản giữa các mạng truy cập 3GPP với nhau trong quá trình di động trong trạng thái rỗi và/hoặc bận .
S4 cung cấp hỗ trợ về điều khiển và di động liên quan giữa truy cập giữa SGSN và SGW thuộc user plane.
S5 cung cấp quản lý đường hầm và tạo dường hẩm SGW và PDN GW thuộc user plane. Được sử dụng để định vị lại các SGW do quá trình di động UE gây ra.
S6a cho phép chuyển các dữ liệu đăng ký và xác thực trong quá trình xác thực và lấy quyền truy cập của user đối với hệ thống qua giao tiếp AAA giữa MME và HSS.
S7 cung cấp chuyển các luật chính sách và tính cước QoS từ Policy and Charging Rules Function (PCRF) đến Policy and Charging Enforcement Function (PCEF) tại PDN GW.
S10 là điểm tham chiếu giữa các MME trong quá trình định vị lại MME và chuyển thông tin từ MME đến MME.
SGi là điểm tham chiếu giữa PDN GW và mạng packet data network PDN. Mạng PDN có thể là mạng nhà khai thác bên ngoài hoặc mạng riêng.
Rx+ là điểm tham chiếu giữa chức năng ứng dụng Application Function và PCRF trong chuẩn 3GPP TS 23.203.
Wn* là điểm tham chiếu giữa Untrusted Non-3GPP IP Access và ePDG. Lưu lượng trên giao diện này đối với các UE đường hầm khởi tạo sẽ định tuyến về ePDG.
So sánh một số điểm nổi bật của 3G và LTE cho ta thấy như sau:
TIÊU CHÍ CÔNG NGHỆ 3G CÔNG NGHỆ LTE
Công nghệ
W-CDMA, CDMA, TD-SCDMA… Bandwidth được cố định là 5MHz cho WCDMA và HSPA+
Độ trễ cao (50ms) với HSPA+ Hiệu suất sử dụng phổ tần chưa cao
OFDM, MC-CDMA, LAS- CDMA, UWB,…
Bandwidth có thể thay đổi, 5MHz - 20MHz.
Độ trễ thấp (10ms)
Hiệu suất sử dụng phổ tần cao, gấp 3-4 lần HSPA+ Tốc độ -WCDMA: Max 384Kb/s (R.99) -HSPA, HSPA+: 14.4 – 21.6 Mb/s -R.8: Max 100Mb/s -R.10: Max 1Gb/s Mạng lõi Kiến trúc mạng phức tạp, vẫn tách riêng 2 Domain: CS cho chuyển mạch kênh và PS cho chuyển mạch gói
Tốn OPEX và CAPEX
Kiến trúc mạng đơn giản, không còn CS Domain, toàn bộ chuyển mạch gói dựa trên nền IP.
Tiết kiệm đáng kể OPEX và CAPEX
Dịch vụ
Đắt , hiệu suất đầu tư trên bit dữ liệu cao.
Truyền thoại tốt
Đa dạng với giá thành thấp, giúp nâng cao trải nghiệm của người dùng.
Truyền thoại , số liệu... đều tốt và kế thừa toàn bộ các dịch vụ có trên 3G.