Máy chủ thuê bao thường trú (HSS) là kho dữ ệu thuê bao cho tấ li t cả dữ
liệu người dùng thường xuyên. Nó cũng ghi lại vị trí của người s d ng ử ụ ở
mức độ ủa nút điề c u khiển m ng tạ ạm trú, chẳng hạn như MME. Nó là một
máy chủ cơ sở dữ liệu và được duy trì tạ các phòng trung tâm của nhà điềi u
hành.
HSS lưu trữ bản gốc của hồsơ thuê bao, trong đó chứa các thông tin vềcác
dịch vụđược áp dụng đối với người sử dụng, bao gồm thông tin về các kết nối PDN được cho phép, và liệu có chuyển tới một mạng tạm trú riêng được
hay không. HSS cũng lưu những nhận dạng của các P-GW được s d ng. ử ụ Khóa thường trực được s dử ụng đểtính toán xác thực và được g i t i m ng ử ớ ạ
tạm trú để xác thực người dùng và các khóa phát sinh tiếp sau đểmã hóa và
bảo vệtính toàn vẹn là được lưu trữ ại các trung tâm xác thực(AUC), thườ t ng
là một phần c a HSS. Trong t t củ ấ ả các tín hiệu liên quan tới các chức năng này thì HSS phải tương tác với MME. Các HSS sẽ cần phải có khả năng kết nối v i mớ ọi MME trong toàn bộ ệ ạng lưới, nơi mà các UE của nó đượ h m c
phép di chuyển. Đối với mỗi UE, các hồ sơ HSS sẽ chỉ tới một MME phục v ụ
tại m t thộ ời điểm, và ngay sau đó là báo cáo về một MME mới mà nó phục vụ
cho UE, HSS s h y b vẽ ủ ỏ ịtrí của MME trước.
2.2. Các giao diện và giao thức trong cấu hình kiến trúc cơ bản c a h ủ ệ
thống
Hình 2.8 cho thấy các giao thức CP liên quan tới kết nối của UE yới một
PDN. Các giao diện từ một MME được thể hiện b i hai ph n, phở ầ ần trên hàng đầu là các giao thức hướng t i E-ớ UTRAN và UE, và phần dưới hi n thệ ịcác
phát triển bởi 3GPP, trong khi các giao thức trong nền xám được phát triển
trong IETF, và đại diện cho các công nghệ mạng tiểu chuẩn đượ ử ục s d ng cho truyền t i trong EPS. 3GPP chả ỉxác định những cách cụ thểmà các giao thức
này được sử dụng.
Lớp trên cùng trong CP là các lớp không truy cập (NAS), bao gồm có hai
giao thức riêng biệt được th c hi n truy n tự ệ ề ải tín hiệu tr c ti p giự ế ữa UE mà
MME. Các giao thứ ớp NAS là :c l
1- Quản lý tính di động EPS ( EMM):các giao thức MME có trách nhiệm vềđiều khiển tính di động c a UE trong hủ ệ thống. Nó bao gồm các chức
năng kế ối vào và tách ra từ ạng, và thựt n m c hiện vi c c p nh t vệ ậ ậ ịtrí. Điều
này được gọi là cập nhật khu vực theo dõi (TAU), và nó diễn ra trong chế độnhàn dỗ Chú ý rằng các chuyểi. n giao trong chếđộ ế k t nối được xửlý
bởi các giao thức lớp thấp hơn, nhưng cacs lớp EMM không bao gồm các
chức năng tái kích hoạt các UE từ chếđộnhàn rỗi
2- Quản lý phiên EPS ( ESM): Giao thức này có thểđược s dử ụng đểđiều khiển việc quản lý phần tử mang giữa UE và MME, và nó được s d ng b ử ụ ổ
sung cho E-UTRAN trong vi c quệ ản lý phần tửmang. Lưu ý rằng sẽkhông
sử dụng các thủ ụ t c ESM nếu tình trạng của các phần tửmang là đã có sẵn trong mạng lưới và quy trình E UTRAN có thể- chạy ngay lập tức.
-I- Điều khiển tài nguyên vô tuyến (RRC) : Giao thức này nhằm kiểm soát việc sử d ng nguụ ồn tài nguyên vô tuyến. Nó quản lý báo hiệu của UE và các kết nối dữ liệu, và nócũng bao gồm các chức năng chuyển giao.
3- Giao th c h i t dứ ộ ụ ữ liệu gói ( PDCP): Các chức năng chính của PDCP là nén tiêu đề IP (UP), mã hóa và bảo vệ sựtoàn vẹn ( chỉ với CP).
4- Điều khiển liên kết vô tuyến (RLC) : Giao thức RLC có trách nhiệm phân đoạn và ghép nối các PDCP PDU để- truyền cho giao diện vô tuyến. Nó cũng
thực hiện vi c s a l i vệ ử ỗ ới phương pháp yêu cầu truyền l i tạ ựđộng (ARQ).
5- Điều khi n truy nhể ập môi trường (MAC) : Lớp MAC có trách nhiệm lập kế hoạch dữ liệu theo các ưu tiên và ghép kênh dữ liệu tới các khối truyền t i ả ở lớp 1. Lớp MAC cũng cung cấp việc sửa lỗi v i HARQ. ớ
6- L p vớ ật lý (PHY): Đây là lóp 1 của giao diện vô tuyến LTE-UU nó có các chức năng giống như của DS-CDMA.
7- Trong EPC c ó hai giao thức khác cho giao diện S5/S8. Các giao thức
sau có liên quan khi GTP được sử dụng trong S5/S8 :
❖Mặt phẳng điều khi n giao thể ức đường hầm GPRS ( GTP-C) :Nó
quản lý các kế ối UP trong EPC. Nó bao gồm báo hiệt n u QoS và các thông số khác. Nếu GTP được sử dụng trong giao diện S5/S8 thì nó còn quản lý các đường hầm GTP-U. GTP-C cũng thực hiện các chức năng quản lý di động
trong EPC. Như việc khi các đường hầm GTP-U c a m t UE c n phủ ộ ầ ải được chuyển t mừ ột nút tới một nút khác.
❖Truyền tải UDP-IP : giao thức dữ liệu đơn vị( UDP) và IP được s d ng ử ụ như là truyền tải IP căn bản và tiêu chuẩn. UDP được sử dụng thay vì giao
thức điều khiển truy n d n (TCP) bề ẫ ởi vì các lớp cao hơn đã được cung c p s ấ ự
truyền t i tin c y vả ậ ới cơ chế khắc ph c lụ ỗi và truyề ại. Các gói tin IP trong n l
EPC có thểđược vận chuyển trên một loạt các công nghệở lớp 1 và lớp 2. Các giao thức sau được sử dụng khi S5/S8 dựa trên PMIP:
❖ IP di động y nhi m (PMIP)ủ ệ : PMIP là giao thức khác cho giao diện
S5/S8. nó giữ việc quản lý tính di động, nhưng không bao gồm các chức năng như quản lý phần tử mang. Tất cảcác lưu lượng thuộc về một kết nối của UE với một PDN riêng là được xửlý như nhau.
❖ IP : PMIP ch y tr c tiạ ự ếp trên IP, và nó được s dử ụng như là truyề ản t i IP
tiêu chuẩn.
Hình 2.9 minh họa cấu trúc giao thức UP cho UE kết nối với P-GW. UP được thể hiện như trong hình 2.9 bao gồm các lớp của người dùng IP cuối, tức là các giao thức thành hình thành nên lớp 2 và được sử dụng để vận chuyển các gói tin IP đến người sử dụng cuối. Cấu trúc giao thức là tương tự ớ v i CP.
Điều này ấn định một thực tếlà toàn bộ hệ thống được thiết kếđể vận chuy n ể
dữ liệu gói chung, và cả hai tín hiệu CP và dữ liệu UP cuối cùng đều là dữ
liệu gói. Chỉ có kích thước khác nhau.
Hình 2.9: Ngăn xếp giao thức mặt phẳng người dùng trong EPC
Hầu hết các giao thức được đưa ra đã được nêu ởtrên, ngoại trừhai điều sau
1- Mặt phẳng người dùng giao thức đường hầm GPRS ( GTP-U) : GTP-U
được s dử ụng khi S5/S8 là dựa trên GTP. Dạng th c c a GTP-ứ ủ U đó là đường hầm GTP-U được dùng để ửi các gói tin của người dùng IP cuố g i về một mang chuyển EPS. Nó được s d ng trong giao di n S1-ử ụ ệ U và sử ụ d ng trong S5/S8 n u CP s d ng GTP-ế ử ụ C.
2- Đóng gói định tuyến chung ( GRE): GRE s d ng giao di n S5/S8 kử ụ ệ ết họp v i PMIP. D ng th c cớ ạ ứ ủa GRE là một IP trong đường hầm IP để vận chuyển t t cấ ảcác dữ liệu thuộc về một kết nối c a UE tủ ới một PDN cụ thể.
GRE là chạy trực tiếp trên IP và UDP là không sử dụng.
Hình 2.10 minh họa cấu trúc giao thức giao diện X2, mà tương tự như của giao di n S1. Chệ ỉcó giao thức ứng dụng CP là khác nhau.
Hình 2.10 Các ngăn xế: p giao thức mặt phẳng điều khiển và mặt phẳng người dùng
cho giao di n X2ệ
Giao diện X2 được s d ng trong khi di chuy n giử ụ ể ữa các eNodeB, và
X2AP bao gồm các chức năng cho sự chu n b chuyẩ ị ển giao và duy trì tòan bộ
sựliên hệ ữa các eNodeB lân cậ gi n. UP trong giao diện X2 được sử dụng cho chuyển ti p dế ữ liệ ạu t m thời trong quá trình chuyển giao, khi các giao diện vô
tuyến đã được ngắt kết nối ở phía nguồn và chưa kết nối lại ở phía đích.
Chuyển ti p dế ữ liệu là được thực hiện cho các dữ ệu hướ li ng xuống, khi các
Bảng 2.1 tóm tắt các giao thức và giao diện trong cấu hình kiến trúc hệ thống
cơ bản. .
Bảng 2.1 Các giao thức và giao diện LTE
2.3. QoS và kiến trúc dịch vụ mang chuy n ể
Các ứng dụng như void IP , duyệt WEB , thoại video và tạo luồng video (video treaming) có nhu cầu QoS đặc biệt. Do đó một đặc điểm quan tr ng ọ
của b t k mấ ỳ ạng toàn gói nào là cung cấp một cơ chếQoS cho phép phân biệt
các dòng gói tin dựa trên nhu cầu QoS. Trong EPS, dòng QoS được gọi là
Hình 2.11 Kiến trúc dịch vụ mang truyền EPS
Một ph n tầ ử mang vô tuyến vận chuyển các gói tin của một mang chuy n ể
EPS gi a mữ ột UE và một eNB. Mỗi dòng IP ( ví dụ void IP ) được kết hợp với một mang chuyển EPS khác nhau và các mạng có thể ưu tiên lưu lượng
cho phù hợp. Khi nhận một gói tin IP t internet , P-GW ừ thực hiện phân loại
gói dựa trên các thông số nhất định đã biết và gửi nó một mang chuyển EPS
thích hợp. Căn cứvào mang chuyển EPS , eNB ánh xạ các gói tin tới phần t ử mang vô tuyến có QoS thích hợp. Có một sựánh xạ một - một giữa một mang chuyển EPS và một phần tửmang vô tuyến.
2.4. Giao th c trứ ạng thái và chuyển tiếp trạng thái
Trong hệ thống LTE , điều khiển tài nguyên vô tuyến (RRC) có 2 chếđộlà
chếđộ RRC rảnh dỗi và chếđộ RRC kết nối được mô tảnhư trong hình 2.12.
Một UE chuy n tể ừ trạng thái RRC rảnh d i t i trỗ ớ ạng thái RRC kết nối khi một kết nối RRC được thi t lế ập thành công. Một UE có thể chuy n tể ừ trạng thái
RRC kết n i t i trố ớ ạng thái RRC rảnh d i bỗ ằng cách giải phóng kết nối RRC. ở
trạng thái RRC rảnh dỗi , UE có thể nhận các dữ ệu phát quảng bá / phát đa li
điểm , giám sát một kênh tìm gọi để phát hiện các cuộc gọi đến, thực hiện các phép đo ô lân cận, lựa chọn / l a ch n lự ọ ại ô và thu được các thông tin về ệ h
thống. Hơn nữa, trong trạng thái RRC rảnh dỗi, mỗi UE có chu kỳ DRX ( thu
không liên tục) riêng có thểđược cấu hình bởi các lớp phía trên để cho phép
tiết kiệm điện năng cho UE. Ngoài ra , tính di động được điều khi n b i UE ể ở ở
trong trạng thái RRC rảnh rỗi.
Hình 2.12. Trạng thái của UE và chuyển tiếp trạng thái
Trong chế độ RRC k t n i, vi c truy n dế ố ệ ề ữ liệu đơn hướng t i / tớ ừ UE và
truyền dữ liệu phát quảng bá / đa điểm tới UE có thể diễn ra. Tại các lớp th p ấ hơn ,UE có thểđược cấu hình với một UE cụ thể DRX / DTX ( truyền dẫn
gián đoạn ). Hơn nữa, các kênh điều khiển giám sát UE được liên kết với
kênh dữ ệu dùng chung để xác đị li nh dữ liệu và lập biểu cho nó, cung cấp
kênh thông tin phản hồi về chất lượng, th c hiự ện các phép đo ô lân cận, báo cáo đo đạc và thu nhận các thông tin hệ ống. Khác vớ th i trạng thái RRC rảnh dỗi tính di động được điều khi n b i m ng ể ở ạ ở trạng thái này.
2.5. Hỗtrợ tính di động liên tục
Một đặc điểm quan trọng của một hệ thống không dây di động như LTE là
hỗ trợtính di động liên tục giữa các eNB và giữa các MME/GW. Chuyển giao
nhanh chóng và liên tục (HO) là đặc biệt quan trọng với các dịch v nh y cụ ạ ảm với trễnhư VoIP. Việc chuy n giao sể ảy ra thường xuyên hơn giữa các eNB hơn là giữa các mạng lõi bởi vì khu vực được bao phủ bởi MME/GW phục v ụ
một sốlượng lớn các eNB và thường lớn hơn nhiều so với các khu vực được bao ph b i mủ ở ột eNB đơn. Tín hiệu trên giao diện X2 giữa các eNB được sử
giao giữa các eNB.
Trong hệ thống LTE, mạng dựa vào UE đểphát hiện các ô lân cận để
chuyển giao và do đó không có thông tin ô lân cận nào là tín hiệu từ mạng.
Đối với tìm kiếm và đo đạc tần s giố ữa các ô lân cận, chỉcó các tần sốsóng mang là cần được chỉ ra. Một ví dụ về chuyển giao hoạt động trong trạng thái
RRC kết nối được th hiể ện trong hình 2.13, nơi một UE di chuyển từ vùng
phủsóng của eNB nguồn (eNB1) vào vùng phủsóng của eNB đích (eNB2).
Việc chuyển giao trong trạng thái RRC kế ối đượt n c mạng điều khiển và được hỗ trợ bởi các UE. UE gửi một báo cáo vềđo lường vô tuyế ớn t i ngu n eNB1 ồ và chỉ ra rằng chất lượng tín hiệu vào eNB2 là tốt hơn so với eNB1. Khi chuẩn b chuy n giao, ngu n eNB1 s gị ể ồ ẽ ửi các thông tin ghép nối và hoàn
cảnh c a UE tủ ới eNB2 đích ( HO yêu cầu ) vào giao diện X2. Đích eNB2 có
thể thực hiện điều khiển nhập vào phụ thuộc vào các thông tin QoS mang EPS đã nhận. eNB đích sẽ ấu hình tài nguyên cầ c n thiết theo thông tin QoS đã
nhận và dự trữ một C-RNTI ( nhận dạng tạm thời ô mạng vô tuyến ) và tùy
chọn mởđầu một RACH. C-RNTI cung cấp m t s nhộ ự ật biết UE duy nhất ở
cấp độô nhận diện k t nế ối RRC. Khi eNB2 phát tín hiệ ới eNB1 báo rằu t ng
nó đã sẵn sàng thực hiện chuyển giao thông qua bản tin phản hồi HO, eNB1 lệnh cho UE (lệnh HO ) thay đổi phần tửmang vô tuyế ớn t i eNB2. UE nh n ậ
lệnh HO với các thông số cần thiết và được điều khiển bởi các eNB nguồn để
thực hiện các lệnh HO. UE không cần trễ khi th c hiự ện chuy n giao v i viể ớ ệc cung cấp các phản h i HARQ/ARQ t i eNB nguồ ớ ồn.
Hình 2.13. Hoạt động chuyển giao
Sau khi nh n l nh HO, UE th c hiậ ệ ự ện đồng b vộ ới eNB đích và truy nhập ô đích thông qua kênh truy nhập ngẫu nhiên ( RACH) sau một thủ tục tranh chấp-tự do nếu m t ộ phần mởđầu RACH dành riêng được phân bổ trong các
lệnh HO hoặc sau một thủ ụ t c tranh chấp - cơ bản nếu không có phần mởđầu
giành riêng nào được cấp phát. Mạng sẽ ả tr lời với vi c cệ ấp phát tài nguyên đường lên và sựđịnh thời trước được đặt vào bởi UE. Khi UE đã truy nhập
thành công vào ô đích, UE gử ản tin xác nhậi b n HO (C-RNTI) cùng với báo cáo tình trạng bộđệm đường lên cho biết thủ tục chuyển giao đã hoàn thành
với UE. Sau khi nh n bậ ản tin xác nhận HO, eNB đích gửi một thông điệp chuyển đổi đường dẫn tới MME để thông báo rằng UE đã thay đổi ô. MME