Quản lý di động(MME) là thành phần điều khiển chính trong EPC. Thông thường MME sẽlà một máy chủ ở một vịtrí an toàn tại các cơ sở ủa nhà c
điều hành. Nó chỉ hoạt động trong các CP, và không tham gia vào con đường của UP dữ liệu.
Ngoài giao diện cuối vào MME trong kiến trúc thể hiện trong hình 2.2, MME còn có mộ ế ốt k t n i logic trực ti p tế ới UE, và kế ối này đượt n c s d ng ử ụ như là kênh điều khiển chính giữa UE và mạng. Sau đây là danh sách các
chức năng chính của MME trong cấu hình kiến trúc cơ bản hệ thống :
❖ Xác thực và bảo mật : khi một UE đăng ký vào mạng lần đầu tiên, MME sẽ
khởi t o sạ ựxác thực, bằng cách thực hi n nhệ ững điều sau: nó tìm ra danh tính thường trú của UE, hoăc từ các mạng truy nhập trước đó hoặc chính bản thân UE, yêu cầu từ bộ phục vụthuê bao thường trú (HSS) trong mạng ch c a UE ủ ủ các điều khiển chứng thực có ứa các mệch nh lệnh chứng thực - trả lời các cặp tham s , gố ửi các thửthách với UE và so sánh các trả ờ l i nhận đượ ừc t UE vào
một trong những cái đã nhậ ừn t mạng ch . Chủ ức năng này là cần thiết đểđảm bảo các yêu cầu bảo vệ với UE. Các MME có thể lặp lại chức năng xác thực khi c n thi t ho c theo chu kầ ế ặ ỳ. Các chức năng này dùng để bảo vệcác thông tin liên lạc khỏi vi c nghe trệ ộm và từ sựthay đổ ủa bên thứ ba tương ứi c ng
trái phép. Để bảo vệ sựriêng tư của UE, MME cũng phân bổ cho mỗi UE một
mã tạm thời gọi là mã nhận dạng tạm thời duy nhất toàn cầu(GUTI), do đó
cần ph i gả ửi mã nhận dạng thường trú UE mã nhậ- n dạng thuê bao di động quốc tế ( IMIS) qua giao diện vô tuyến được gi m thiả ểu. Các GUTI có thể được cấp trở lại, ví dụ nh k đị ỳ đểngăn chặn theo dõi UE.
❖ Quản lý di động: MME theo dõi vị trí của tất cảcác UE trong khu vực của mình, khi một UE đăng ký vào mạng lần đầu tiên, MME sẽ tạo ra một lối
vào cho UE và tín hiệu v i vớ ịtrí tới HSS trong m ng ch cạ ủ ủa UE. MME yêu
cầu tài nguyên thích hợp được thiết lập trong eNodeB, cũng như trong các S- GW mà nó lựa chọn cho UE. Các MME sau đó tiế ục theo dõi vị trí củp t a UE hoặc là dựa trên mức độ của eNB, nếu UE v n k t n i, tẫ ế ố ức là truyền thông đang hoạt động hoặc ở mức độ khu vực theo dõi (TA). MME điều khiển các
thiết lập và giải phóng nguồn tài nguyên dựa trên những thay đổi chếđộ hoạt
động của UE. MME cũng tham gia vào việc điều khiển tín hiệu chuyển giao của UE trong chếđộ hoạt động giữa các eNB, S-GW hoặc MME. MME tham
gia vào mọi thay đổ ủa eNB vì không cói c phần tửđiều khi n mể ạng vô tuyến
riêng biệt nên nó đã ẩn hầu hết các sự kiện này. Một UE ở trạng thái rảnh dỗi
nó sẽ báo cáo vị trí của nó hoặc là định kỳ, hoặc là khi nó chuyển tới m t khu ộ
vực theo dõi. Nếu dữu liệu nhận được từ bên ngoài cho một UE r nh d i, ả ỗ
MME sẽđược thông báo, nó sẽyêu cầu các eNB trong TA đã được lưu giữ
cho UE t i vớ ịtrí nhớ của UE.
❖ Quản lý hồ sơ thuê bao và dịch vụ kết nối: vào thời điểm một UE đăng ký
vào mạng, các MME sẽ chịu trách nhiệm lấy hồsơ đăng ký của nó từ mạng chủ v . ề Các MME sẽlưu trữ thông tin này trong suốt thời gian phục v UE. ụ
Hồ sơ này xác định những gì các kết nối mạng dữ liệu gói được phân bổ tới
mang, cho phép các UE kết nối IP cơ bản. Điều này bao gồm tín hiệu CP với
eNB và S-GW. Tại b t kấ ỳ thời điểm nào sau này, các MME có thể cần tới
được tham gia vào việc thiết lập phần tử mang dành riêng cho các dịch v ụ được hưởng lợi xửlý cao hơn. Các MME có thể nhận được các yêu cầu thiết lập một phần tửmang dành riêng, hoặc từcác S-GW nếu yêu cầu b t ngu n ắ ồ
từ khu vực dịch vụđiều hành, hoặc trực tiếp từ UE, nếu UE yêu cầu kết nối cho m t d ch vộ ị ụmà không được biết đến bởi khu vực dịch vụđiều hành, và do đó không thểđược bắt đầ ừu t đó .
Hình 2.4 cho thấy các kết nối MME đến quanh các nút logic, và tóm tắt các
chức năng chính trong giao diện này. về nguyên tắc MME có thểđược kết nối với b t kấ ỳ MME khác trong hệ thống, nhưng thường kết nối được giới h n ạ
trong một nhà điều hành mạng duy nhất. Các k t n i t xa giế ố ừ ữa các MME có
thểđược s d ng khi mử ụ ột UE đã đi xa, trong khi đi đăng ký với một MME mới sau đó tìm kiếm nh n dậ ạng thường trú mớ ủa UE, sau đó lấi c y nhận dạng
thường trú của UE, mã nhận dạng thuê bao di động quốc tế (IMIS), từ MME truy cập trước đó. Các kế ốt n i giữa các MME với các MME lân cận được sử
dụng trong chuy n giao. ể
Hình 2.4 Nguyên tắc hoạt động của MME
dùng , và một tuyến đường có thểđược tìm thấy dựa trên IMIS. Mỗi MME
được cấu hình để điều khi n m t t p hể ộ ậ ợp các S-GW và eNodeB. Cả hai S- GW và eNodeB cũng có thểđược kết nối tới các MME khác. Các MME có
thể phục v mụ ột s ốUE cùng một lúc, trong khi mỗi UE sẽ chỉ kết nối tới một MME t i m t thạ ộ ời điểm.
1.1.5. Cổng ph c vụ ụ ( S-GW)
Trong cấu hình kiến trúc cơ bản hệ thống, chức năng cao cấp của S-GW là
quản lý đường hầm UP và chuyển mạch. S-GW là một phần c a h t ng m ng ủ ạ ầ ạ nó được duy trì ở các phòng điều hành trung tâm của mạng.
Khi giao di n S5/S8 dệ ựa trên GTP, S-GW sẽcó đường hầm GTP trên tấ ảt c
các giao diện UP của nó. Ánh xạ giữa các luồng dịch vụ IP và đường hầm
GTP được thực hiện trong P-GW, và S-GW không cần được kết nối với PCRF. Toàn bộđiều khiển có liên quan tới các đường hầm GTP, đến từ MME hoặc P-GW. Khi s d ng giao di n PMIP S5/S8. S-GW sử ụ ệ ẽ thực hi n việ ệc ánh
xạ giữa các dòng dịch v IP ụ trong các đường hầm S5/S8 và đường h m GTP ầ
trong giao di n S1-ệ U, và sẽ ế ố ớ k t n i t i PCRF để nhận được thông tin ánh xạ. S-GW có một vai trò rất nhỏ trong các chức năng điều khiển. Nó chỉ chịu
trách nhiệm v nguề ồn tài nguyên của riêng nó, và nó cấp phát chúng dựa trên các yêu cầu từ MME, P-GW hoặc PCRF, từđó mà các hành động được thiết lập , sử đổa i hoặc xóa sạch các phầ ửn t mang cho UE. Nếu các lênh trên được nhận từ P-GW hoặc PCRF thì S-GW cũng sẽ chuy n tiể ếp các lệnh đó tới
MME để nó có thể điều khiển các đường hầm tới eNodeB. Tương tự, khi MME bắt đầu có yêu cầu thì S-GW sẽbáo hiệ ớu t i m t trong hai P-GW hoộ ặc PCRF tùy thuộc vào S5/S8 được dựa trên GTP hoặc PMIP tương ứng. N u ế
giao diện S5/S8 được dựa trên PMIP thì dữ liệu trong giao diện đó sẽđược
các luồng IP trong một đường hầm GRE truy n t i mề ớ ỗi UE. Khi đó trong giao
mang trong giao diện S1. Chức năng này trong S-GW được gọi là chức năng liên kết phần tửmang và báo cáo sự kiện ( BBERF). Bấ ểt k nơi mà tín hiệu
phần tử mang bắt đầu, BBERF luôn nhận các thông tin liên kết phần t mang ử
từ PCRF.
Hình 2.5 Kết n i S-GW tố ới các nút logic khác
Trong khi di chuy n giể ữa các eNodeB, S-GW hoạt động như nút cuối di
động địa phương. MME sẽ lệnh S-GW để chuyển sang đường d n t mẫ ừ ột
eNodeB khác. MME cũng có thể yêu cầu S-GW cung cấp tài nguyên đường hầm cho dữ liệu chuy n tiể ếp khi có nhu cầu c n chuy n dầ ể ữ liệu t eNodeB ừ
nguồn tới eNodeB đích trong thời điểm UE có chuyển giao vô tuyến. Các tình
huống di chuyển cũng bao gồm sựthay đổ ừ ội t m t S-GW t i mớ ột cái khác, và
MME sẽđiều khiển sựthay đổi này cho phù hợp bằng cách loại bỏcác đường hầm trong S-GW cũ và thiế ậ chúng trong t l p S-GW mới.
Đối với t t cấ ảcác luồn dữ liệu thu c v m t UE trong chộ ề ộ ếđộ ế ối thì k t n S- GW s chuy n ti p dẽ ể ế ữ liệu giữa eNodeB và P-GW. Tuy nhiên khi một UE ở
chế độ nhàn rỗi thì các nguồn tài nguyên này trong eNodeB sẽ được giải
phóng, các đường dẫn dữ liệu được kết thúc trong S-GW. Nếu S-GW nhận
được gói dữ liệu từ P-GW thì nó sẽ lưu các gói vào bộ đệm và yêu cầu MME bắt đầu nhắn tin tới UE. Tin nhắn sẽlàm cho UE tới chếđộtái kế ối, và khi t n
các đường hầm được tái kết nối thì các gói tin từ bộđệm sẽđược g i vử ề. S- GW sẽtheo dõi dữ liệu trong các đường hầm và nó cũng có thể thu thập các
dữ liệu c n thi t cho vi c hầ ế ệ ạch toán và tính chi phí của người dùng.
Trong hình 2.5 cho thấy S-GW được kết nối tới các nút logic khác và danh sách các chức năng chính trong các giao diện này. Tất cảcác giao diện được cấu hình theo kiểu một - nhi u t S-GW ề ừ được th y. Mấ ột S-GW có thể chỉ
phục v m t khu vụ ộ ực địa lý nhất định với một tập giới hạn các eNodeB, và tương tự có thể có một tập giới hạn của các MME điều khiển khu vực đó. S- GW có thể ế k t nối tới bất k P- ỳ GW nào trong toàn bộ mạng lưới, bởi vì P- GW sẽkhông thay đổi trong khi di chuy n, trong khi S-GW ể có thểđược định vị l i trong khi UE di chuy n. Vạ ể ới các kết nối có liên quan tới một UE, S-GW sẽluôn báo hiệu với ch mỉ ột MME và các điểm UP tới một eNodeB tại một thời điểm. N u mế ột UE được phép kết nối tới nhiều các PDN thông qua các
P-GW khác nhau , thì S-GW c n k t nầ ế ối tới các thành phần riêng biệt. N u ế
giao diện S5/S8 là dựa trên PMIP thì S-GW s k t n i t i mẽ ế ố ớ ột PCRF cho mỗi P-GW riêng được UE sử dụng.
Trên hình cũng cho thấy trường h p chuy n dợ ể ữ liệu gián tiếp nơi mà dữ liệu
UP được chuyển tiếp giữa các eNodeB thông qua các S-GW. Không có tên
giao di n cệ ụ thểliên quan đến giao diện giữa các S-GW, vì định dạng chính xác giống như trong giao diện S1-U, và có thể cho rằng các S-GW liên quan chúng đã truyền thông trực tiếp với cùng một eNodeB. Đây sẽ là trường hợp khi chuy n ti p d liể ế ữ ệu gián tiếp diễn ra thông qua chỉ một S-GW, tức là cả hai eNodeB có thểđược kết nối tới cùng một S-GW.
2.1.6. Cổng m ng dạ ữ liệu gó i( P-GW)
Cổng m ng dạ ữ liệu gói ( P-GW, cũng thường được vi t tế ắt là PDN-GW) là
tuyến biên giữa EPS và các mạng dữ liệu gói bên ngoài. Nó là nút cuối di
động mức cao nhất trong hệ thống, và nó thường hoạt động như là điểm IP của các thiết bịcho UE. Nó thực hiện các chức năng chọn lưu lượng và lọc
theo yêu cầu bởi các dịch vụ được đề ập. Tương tự như c S-GW, các P-GW
được duy trì tại các phòng điều hành tại một vịtrí trung tâm.
Điển hình là P-GW cấp phát các địa chỉ IP cho UE, và UE sử ụng nó để d giao ti p vế ới các máy chủ IP khác trong các mạng bên ngoài. ( ví dụ như Internet ). Nó cũng có thể là PDN bên ngoài mà UE đã được kết nối cấp phát các địa chỉđó là để ử ụ s d ng bởi các UE, các đường hầm P-GW cho t t cấ ảlưu lượng vào mạng đó. Địa chỉIP luôn được cấp phát khi UE yêu cầu một kết nối PDN, nó sẽ ễn ra ít nhất là khi UE đượ di c gắn vào mạng, và nó có thể ả s y
ra sau khi có một kết nối PDN mới. Các P-GW thực hiện chức năng giao thức cấu hình máy chủ động (DHCP) khi cần, ho c truy v n mặ ấ ột máy chủ DHCP
bên ngoài, và cung cấp địa chỉcho UE. Ngoài ra tự ấu hình động đượ c c hỗ trợ
bởi các tiêu chuẩn. Chỉ IPv4, chỉ IPv6 ho c cặ ảhai, các địa chỉcó thểđược
phân bổ tùy theo nhu cầu. UE có thể báo hiệu rằng nó muốn nhận địa chỉ ngay trong tín hiệu kết nối ho c nặ ếu nó muốn thực hiện cấu hình địa ch sau ỉ
khi lớp liên kết được k t nế ối.
P-GW bao g m c PCEF, ồ ả có nghĩa là nó thực hiện các chức năng chọn lưu lượng và lọc theo yêu cầu bởi các chính sách được thiết lập cho UE và các
dịch vụnói đến, nó cũng thu thập các báo cáo thông tin chi phí liên quan. Lưu lượng UP giữa P-GW và các mạng bên ngoài dướ ạng các gói i d tin IP thuộc vềcác dòng dịch vụ IP khác nhau. Nếu giao diện S5/S8 hướng tới S- GW là dựa trên GTP thì P-GW thực hiện ánh xạcác dòng dữ liệu IP tới các đường hầm GTP, các P- GW thiết lập các phầ ửn t mang cơ
bản dựa trên yêu cầu qua PCRF hoặc t S-GW, ừ mà chuyển tiếp các thông
tin t MME. N u giao diừ ế ện S5/S8 là dựa trên PMIP, P- GW sẽánh xạ ấ ả t t c
các luồng dịch vụ IP từcác mạng bên ngoài thuộc về một UE tới một đường hầm GRE duy nhất, và tấ ảt c các thông tin điều khi n chể ỉđược trao đổi với PCRF. P-GW cũng có chức năng giám sát các luồn dữ liệu cho mục đích
P-GW là điểm cuối di đông mức cao nh t trong hấ ệ thống. Khi m t UE di ộ
chuyển từ một S-GW t i mớ ột cái khác, các phần t mang phử ải được chuy n ể vào P-GW. P- GW sẽ nhận được ch dỉ ẫn để chuyển các luồng từcác S-GW mới.
Hình 2.6 cho thấy các kết nối P-GW đã đến xung quanh các nút logic, và danh sách các chức năng chính trong giao diện này.
Hình 2.6: P-GW kết nối tới các node logic khác và các chứ năng chínhc
Mỗi P-GW có thểđược k t n i t i mế ố ớ ột hoặc nhiều PCRF, S-GW và mạng
bên ngoài. Đối với một UE liên kế ớt v i P-GW thì chỉcó duy nhất một S-GW,
nhưng có các kết nối tới nhiều các mạng bên ngoài và tương ứng có nhiều các
PCRF có thể ầ c n phải được hỗ trợ, nếu có kế ốt n i t i nhiớ ều các PDN được h ỗ
trợthông qua một P-GW.
2.1.7. Chức năng chính sách và tính cước tài nguyên ( PCRF)
Chức năng chính sách và tính cước tài nguyên(PCRF) là phần tử mạng ch u ị trách nhiệm vềchính sách và điều khiển tính cước ( PCC). Nó tạo ra các