3.Lệnh chuyển giao Dữ liệu 1.Báo cáo kết quả đo Dữ liệu
Chuyển tiếp dữ liệu
2.Chuẩn bị chuyển giao
4.Truy cập + Cấp đường DL + Xác nhận chuyển giao eNodeB nguồn eNodeB đích Truyền thông tin UE
48
Backward HO là cơ chế chuyển giao mặc định đối với chuyển giao trong mạng
LTE khi mà điều kiện RF bị giảm.
Hình 2.13 mô tả quá trình backward HO. Chuyển giao liên quan đến thông tin
được trao đổi giữa UE và eNodeB nguồn qua đường vô tuyến cũ (vì thế ta sử dụng
định nghĩa backward) [10]. Ởđây điều kiện vô tuyến là đủ tốt để eNodeB nguồn có thể
giải mã báo cáo đo được từUE và sau đó chuẩn bịcell đích để thực hiện chuyển giao. Có một khoảng thời gian ngắt kết nối ngắn giữa thời điểm mà UE giải mã lệnh chuyển giao từ eNodeB nguồn và thời điểm eNodeB đích giải mã xác nhận chuyển giao từ UE. Tuy nhiên việc chuyển tiếp dữ liệu phân phát theo trình tự đảm bảo rằng không có dữ liệu nào được buffer trong eNodeB nguồn bị mất.
2.10.2RLF HO 3.Lệnh 3.Lệnh chuyển giao Dữ liệu 1.Báo cáo kết quả đo Dữ liệu
Chuyển tiếp dữ liệu
2.Chuẩn bị chuyển giao
4.Thử thiết lập kết nốiTruy cập
+ Cấp đường DL+ kết nối eNodeB nguồn eNodeB đích Truyền thông tin UE Hết thời gian RLF và UE tiến hành lựa chọn cell
Đã chứa
thông tin UE
49
RLF HO (Radio Link Failure Handover) cung cấp một kỹ thuật phục hồi khi mà tín hiệu backward HO bị lỗi do không đáp ứng được điều kiện đường truyền. Hình 2.14 chỉ ra một quá trình RLF HO.
Khi điều kiện kết nối vô tuyến đủ tốt để eNodeB nguồn có thể giải mã báo cáo kết quả đo định kỳ từ UE và sau đó đã chuẩn bị cell đích cho quá trình chuyển giao,
nhưng trong trường hợp này không đủ điều kiện kết nối để UE có thể giải mã (nhận
được) lệnh chuyển giao từ eNodeB nguồn.
Khi mà UE phát hiện ra vấn đề đường liên kết vô tuyến, nó bắt đầu tính thời gian RLF, một thiết lập chuẩn cho nó có thể là 500ms hoặc 1000ms. Thời gian RLF
được tính toán một cách tối ưu bởi dịch vụ cung cấp dựa trên những điều kiện thử
nghiệm thực tế trong mạng. Khi kết thúc thời gian RLF, UE tìm kiếm một cell đích
phù hợp và cố gắng thiết lập kết nối của nó với cell đích này trong khi nó vẫn còn trong trạng thái kết nối. Thiết lập thành công nếu cell đích đã được chuẩn bị sẵn sàng bởi cell nguồn (khi cell nguồn nhận được báo cáo đo định kỳ của UE) [11].
Quá trình chuyển giao RLF HO có độ trễ cao hơn so với backward HO, và do
đó sẽ có một sự gián đoạn dài hơn trong dịch vụ. Tuy nhiên, cũng như backward HO,
việc chuyển tiếp dữ liệu đảm bảo rằng không làm mất dữ liệu được buffer tại eNodeB nguồn.
2.10.3Khôi phục NAS
Khôi phục NAS (Non-Access Stratum) là một hệ quả không mong muốn từ một RLF mà kết quả là dẫn đến một khoảng thời gian mất kết nối khi UE thử kết nối đến một cell đích mà không được chuẩn bị trước. Hình 4.9 chỉ ra một quá trình khôi phục NAS. Khôi phục NAS được kích hoạt khi eNodeB đích không được chuẩn bị khi mà UE cố gắng thiết lập kết nối. Cụ thể, trong điều kiện kết nối vô tuyến không đủ tốt đối với eNodeB nguồn để có thể giải mã báo cáo đo định kỳ từ UE, vì vậy eNodeB nguồn không thể chuẩn bị trước được cell đích cho quá trình chuyển giao[11].
50
Với Khôi phục NAS, UE không còn trạng thái kết nối; để thay thế việc thử thiết lập kết nối bị lỗi, UE chuyển từ trạng thái đang kết nối sang trạng thái nghỉ (idle-state) và cố gắng thiết lập một kết nối mới.
Việc chuyển sang trạng thái nghỉ càng làm tăng thêm độ trễ so với quá trình chuyển giao RLF,và vì thế thời gian ngắt kết nối trong dịch vụcũng lớn hơn. Một vấn
đề quan trọng hơn là việc chuyển tiếp dữ liệu không được thực hiện do đó tất cả dữ liệu
được buffer tại eNodeB nguồn sẽ bị mất.
2.11 Các phương pháp cải tiến quá trình chuyển giao
Chuyển giao luôn đóng vai trò rất quan trọng đối với công nghệ di động, đặc biệt đối với mạng LTE, được thiết kếđể sử dụng các ứng dụng công nghệ vô tuyến tốc
độ cao. Do đó việc tối ưu hóa quá trình chuyển giao trong mạng là một yếu tố luôn
Dữ liệu
1.Báo cáo
kết quả đo
Không có chuyển tiếp dữ liệu
3.Thiết lập kết nốiTruy nhập Cấp đường UL
2.Thử thiết lập kết nốiTừ chối
eNodeB
nguồn
eNodeB
đích
Hết thời gian RLF và UE tiến hành lựa chọn cell
Không chứa
thông tin UE
UE chuyển sang trạng thái nghỉ và tiến hành lựa
chọn cell
Khởi tạo
thông tin UE
51
được quan tâm nghiên cứu nhằm đưa ra công nghệ với chất lượng tốt nhất cho người sử dụng thiết bịdi động[11].
Trong luận văn này em đã tìm hiểu và xin nêu ra một số giải pháp nhằm làm
tăng hiệu suất của quá trình chuyển giao đã được nghiên cứu sau đây. Đó là hai giải pháp chuyển đường nhanh (fast path switch) và chuyển giao dự đoán trước (HO prediction).
Cơ sở của ý tưởng là để tránh gói tin chuyển tiếp từ eNodeB nguồn tới router mạng lõi và từ đó ngăn ngừa sự tăng RTT (Round Trip Time). Điều này có thể được thực hiện theo hai cách: đó là bằng cách thay đổi thời gian yêu cầu chuyển đường truyền, và dựđoán trước quá trình chuyển giao. Trong quá trình thực hiện một chuyển
giao cơ bản lệnh chuyển đường được gửi tới eNodeB đích chỉsau khi nó đã nhận được tin nhắn xác nhận chuyển giao từ thiết bị di động đang thực hiện chuyển giao khi mà nó thực hiện kết nối tới eNodeB đích. Giải pháp được đưa ra ởđây là yêu cầu thay đổi quá trình chuyển giao mà trong đó chỉ định tài nguyên tại eNodeB đích được thực hiện ngay sau khi một yêu cầu được thiết lợp bởi mạng chứ không phải bởi thiết bịdi động.
2.11.1Chuyển đường nhanh (Fast path switch):
Giải pháp này là thực hiện gửi một lệnh chuyển đường truyền tới S-GW ngay sau khi lệnh chuyển giao được gửi tới eNodeB nguồn, thay vì việc thiết lập chuyển
đường dựa trên việc nhận được tin nhắn xác nhận chuyển giao bởi eNodeB đích. Thực vậy, trong thuật toán (giao thức) chuyển giao cơ bản ở trên, mặc dù lệnh chuyển giao
đã được gửi nhưng S-GW vẫn gửi gói tin tới eNodeB nguồn trong suốt giai đoạn tiến hành chuyển giao. Do đó, mục tiêu cần là làm giảm sốlượng gói tin đó tại router mạng lõi, từđó làm giảm khả năng làm tăng RTT. Những điều chỉnh của giải pháp fast path
52
2.11.2Chuyển giao dựđoán trước (HO prediction):
Giải pháp trước là một giải pháp hoàn toàn đơn giản. Tuy nhiên, vẫn có thể xảy
ra trường hợp gói tin phải thực hiện đợi hai lần. Để làm giảm hạn chế này, chúng ta có thể dựđoán trước lệnh chuyển đường của giải pháp trước bằng việc dựđoán thời gian bắt đầu thực hiện chuyển giao. Dự đoán trước có thể được thực hiện dễ dàng với một thời gian chính xác vào khoảng hơn một trăm ms. Bằng việc thực hiện một dự đoán trước, gói tin (được lưu trong hàng đợi bộ đệm mạng lõi) sẽ được gửi theo đường từ
sever - router mạng lõi - eNodeB [7]nguồn và được gửi tới thiết bị di động đang thực hiện chuyển giao trong suốt khoảng thời gian giữa lệnh chuyển đường được dự đoán trước và khi có lệnh chuyển giao. Gói tin mới sau lệnh chuyển đường dựđoán trước sẽ được chuyển theo đường mới từ sever - router mạng lõi - eNodeB đích. Thuật toán này cho phép eNodeB nguồn xóa bộ đệm chứa dữ liệu cho thiết bị di động trước lệnh
UE Serving Gateway MME eNodeB đích eNodeB nguồn Chấp nhận chuyển giao Yêu cầu chuyển giao
Nhận lệnh chuyển giao Quyết định chuyển giao Điều khiển chấp nhận chuyển giao Cấp đường DL
Yêu cầu chuyển đường truyền
Yêu cầu cập nhật người dùng Chuyền đường DL Kết thúc thiết lập
Tín hiệu tại lớp 3
Dữ liệu người dùng
Tín hiệu tại lớp 1,2
53
chuyển giao, và do đó nó tránh được quá trình chuyển tiếp gói tin. Những điều chỉnh của giải pháp này được mô tả trong hình 2.17 :
Việc thực hiện dự đoán trước thời gian bắt đầu chuyển giao có thể được thực hiện tại cross-layer.Khi dựđoán trước chính xác tới vài trăm ms, trên tiêu chuẩn RRT, cụ thể là thời gian cần thiết để eNodeB nguồn giải phóng bộ đệm của nó. Tuy nhiên thực hiện giải pháp này cũng khá phức tạp, ngoài ra nếu như dự đoán trước là sai, nó có thể dẫn đến mất kết nối của thiết bị di động với mạng LTE, mặc dù khảnăng xảy ra hiện tượng này là không đáng kể.
UE Serving Gateway MME eNodeB đích eNodeB nguồn Điều khiển đo định kỳ
Gói dữ liệu
Chấp nhận chuyển giao Yêu cầu chuyển giao Báo cáo kết quả đo định kỳ
Nhận lệnh chuyển giao Cấp đường UL Gói dữ liệu Dự đoán chuyển giao Điều khiển chấp nhận chuyển giao Cấp đường DL
Yêu cầu chuyển đường truyền
Yêu cầu cập nhật người dùng Chuyền đường DL Kết thúc thiết lập
Tín hiệu tại lớp 3
Dữ liệu người dùng Tín hiệu tại lớp 1,2
54
2.11.3LTE forward HO
Như đã trình bày ở trên, khi điều kiện kết nối vô tuyến không đủ sẽ gây ra trễ
lớn trong dịch vụ cung cấp và nghiêm trọng hơn có thể làm mất dữ liệu tại eNodeB nguồn. Thuật toán chuyển giao LTE forward HO được thiết kế nhằm khắc phục vấn đề
này[10].
Chuyển giao forward HO liên quan đến thông tin được chuyển giữa UE và
eNodeB đích qua đường truyền vô tuyến mới sau khi UE được tìm thấy bởi eNodeB
đích từ eNodeB nguồn (do đó chúng ta sử dụng định nghĩa “forward”). Forward HO
vẫn sẽ thực hiện chuyển giao thành công thậm chí nếu như điều kiện vô tuyến không
đủđể có thể giải mã báo cáo đo định kỳ từ UE và chuẩn bị cell đích. Sự thành công của quá trình chuyển giao thậm chí với tín hiệu lỗi hoàn toàn với eNodeB nguồn, forward HO vẫn làm thay đổi điều kiện cường độ tín hiệu một cách nhanh chóng.
Cũng giống như trong các dạng khác của quá trình chuyển giao, khi UE phát hiện ra vấn đề đường link vô tuyến, nó bắt đầu tính thời gian RLF. Tuy nhiên, không giống với quá trình RLF HO và khôi phục NAS, nhà cung cấp dịch vụ có thểđặt giá trị
thời gian RLF một cách linh hoạt hơn (ví dụ 50ms so với 500ms hay 1000ms) bởi vì
khi đó cell đích có thểđược chuẩn bị sau khi UE cố gắng thử kết nối nó với cell đích.
Khi kết thúc thời gian RLF, UE tìm kiếm cell đích phù hợp và thử kết nối nó với cell
đích trong khi nó vẫn trong trạng thái kết nối. Nếu cell đích không được chuẩn bị,
eNodeB đích sẽ tìm thông tin của UE từ eNodeb nguồn. Điều này vẫn gây ra độ trễ cao
hơn so với quá trình backward HO[10]. Tuy nhiên khi so sánh với cả hai chuyển giao RLF HO và khôi phục NAS, quá trình chuyển giao forward HO sẽ cho kết quả thời gian ngắt kết nối ngắn hơn dựa vào việc cài đặt giá trị thời gian RLF thích hợp. Thêm
vào đó, việc chuyển tiếp dữ liệu đảm bảo rằng dữ liệu được buffer tại eNodeB nguồn không bị mất (không giống như trong quá trình khôi phục NAS).
55
Xét về mặt các eNodeB, forward HO chỉkhác là eNodeB đích cần tìm thông tin của UE eNodeB[11] nguồn khi mà UE cố gắng thử kết nối nó với cell đích nhưng cell đích chưa được chuẩn bị.
Dữ liệu
1.Báo cáo
kết quả đo
3.Yêu cầu thông tin UE
5.Cấu hình lại kết nối 2.Thử thiếtt lập kết nốiTruy nhập
Cấp đường UL
eNodeB
nguồn eNodeB đích
Hết thời gian RLF và UE tiến hành lựa chọn cell
4.Chuẩn bị chuyển giao Chuyển tiếp dữ liệu
56
CHƯƠNG 3: CHUYỂN GIAO GIỮA LTE & UMTS
3.1 Giới thiệu công nghệ SRVCC
Một trong những vấn đề quan trọng của LTE là việc cung cấp các dịch vụ thoại. Dịch vụ voice vẫn là “ứng dụng sát thủ” đối với các nhà khai thác vì nó vẫn chiếm một phần lớn doanh thu của họ. Voice sẽ tiếp tục duy trì sự thống trị, phải có dịch vụ trong mạng trong nhiều năm, và mặc dù có những thách thức kỹ thuật cung cấp dịch vụ trên Giao thức Internet (IP) mạng truy nhập vô tuyến (RAN), Voice được xem như là một dịch vụcơ bản do người tiêu dùng; trong ngắn hạn, nó được mong đợi. Tuy nhiên, dịch vụ thoại liên tục không được bảo đảm khi một dịch vụ thoại qua (VoIP) roaming giữa vùng phủ sóng LTE và mạng không dây khác, và nó là một thách thức để cung cấp thoại qua mạng LTE.
Các ngành công nghiệp được mở ra để nghiên cứu và đánh giá khả năng khác nhau để giải quyết những vấn đềVoice LTE. Trong quá trình đánh giá này hai lựa chọn
được đưa ra: chuyển mạch kênh dự phòng (CSFB) và LTE VoIP dựa trên tính liên tục của cuộc gọi đơn kênh (SRVCC). Sau đó được hỗ trợ rộng rãi trong ngành công nghiệp
và đã được khuyến cáo bởi OneVoice LTE, trong đó có sự hỗ trợ của một số nhà khai thác lớn nhất thế giới và các nhà cung cấp thiết bị mạng và đã được xác nhận bởi Hiệp hội GSM (GSMA).
Chương này tập trung vào việc thiết kế các khuôn khổ mạng LTE-IMS (IP Multimedia Subsystem) để hỗ trợ SRVCC với các chuyển mạch mạng bằng cách thực hiện các tiêu chuẩn 3GPP 23,216 V 8.6. 2009-12 tính liên tục của cuộc gọi đơn
kênh(SRVCC – Single Radio Voice Call Continuity). Kiến trúc này có sức hấp dẫn lớn cho các hãng với lớp Core IMS mạnh mẽ và cả hạ tầng cố định và các thành phần
57
Lý do chọn SRVCC
Dịch vụ đa phương tiện phong phú với chia sẻ video, video theo yêu cầu, điện thoại video, hội nghị truyền hình, VoIP, Push-To-Talk, truy cập băng thông rộng để
Thiết bị kỹ thuật số cá nhân (PDA) và hiện đang cung cấp với khảnăng hiện có của hệ
thống viễn thông di động phổ (UMTS) sử dụng High Speed Packet Access (HSPA), HSPA Evolved (HSPA +), Code Division Multiple Access (CDMA) và công nghệ IMS. Tăng nhu cầu về các dịch vụ thời gian dữ liệu di động cùng với những kỳ vọng thuê bao luôn luôn mở, dịch vụ driving chất lượng cao cần mở rộng dung lượng mạng
và băng thông.
Hình 3.1. Mô hình tham chiếu EPS của CSFB với UTRAN là mạng đích
Với sự hỗ trợ của LTE khả năng truyền tải dữ liệu thông lượng cao, khả năng
liên mạng với 3GPP và các mạng không dựa trên 3GPP, và tất cả các thành phần mạng lõi IP, các dịch vụ hội tụ liệt kê ở trên có thểđược gửi thành công. Băng thông cao hơn
cho LTE có nghĩa là khối tài nguyên lớn hơn được gửi đi bởi hệ thống LTE, cung cấp hiệu suất lợi nhuận cao hơn.
58
Trên thực tế, CSFB là một giải pháp tiêu chuẩn 3GPP xác định yêu cầu thiết bị đầu cuối được trang bị với một trong hai chế độ kép/đơn chế độ chờ hoặc chế độ
kép/khảnăng dual-standby.
Hình 3.1[25] hiển thị kiến trúc tham khảo cho một mạng CSFB sử dụng một hệ
thống gói tiến triển (EPS – Evolved Packet System) với 3GPP phổ Terrestrial Radio Access Network (UTRAN) [12].
Đối với chế độ kép/đơn chờ(stanby)của điện thoại di động để sử dụng dịch vụ đồng thời hai mạng, các giải pháp liên mạng (IWS) cung cấp thông điệp truy cập về
thời gian. Mặt khác, chế độ kép/kép chờ(dual–mode/dual-standby) điện thoại di động yêu cầu thay đổi mạng ít hơn để tạo điều kiện làm việc liên giữa hai mạng. Tuy nhiên,
điện thoại di động hai chếđộ tiêu hao năng lượng pin một cách nhanh chóng và cần tùy biến thiết bịđầu cuối phức tạp.
Trong tình huống như vậy hội tụ công nghệdi động và truy cập không dây băng
thông rộng, SRVCC cung cấp LTE-IMS dịch vụ thoại có trụ sở trong vùng phủ sóng