Trong số các bản tin điều khiển trao đổi giữa E-UTRAN và UE, bản tin RRC có sự chia sẻ cao nhất. So với UTRAN, RRC trong E-UTRAN có số bản tin ít hơn và độ dư thừa trong bản tin cũng ít hơn do đó nó đơn giản hơn. Ngoài ra trạng thái UE trong E-UTRAN so với trong UTRAN thì đơn giản hơn vì nó chỉ có 2 trạng thái là RRC- CONNECTED và RRC-IDLE. Phần sau đây sẽ trình bày về chức năng chính của giao thức RRC.
a) Hệ thống thông tin quảng bá (System information broadcast):
Hệ thông thông tin có thông tin của tầng truy nhập (Access Stratum-AS)
và không truy nhập (non-Access Stratum). Các thành phần của hệ thông thông tin sẽ được nhóm lại với nhau và tạo thành MIB(Master Information Block) và SIB(System Information Block). Thông tin trong MIB rất quan trọng do đó MIB được gửi thông qua kênh quảng bá (BCH). Các SIB được đánh số từ SIB1 đến SIB11 và chứa các thông tin cụ thể cho mỗi SIB. Ví dụ SIB1 có thông tin liên quan tới truy nhập như lựa chọn ô và thông tin phân bổ tài nguyên(scheduling). Một ví dụ khác, SIB10 có thông tin về động đất (Earthquake) và hệ thống cảnh báo sóng thần (Tsunami Warning System) ở cấp độ nhỏ, SIB 11 cảnh báo sóng thần ở cấp độ lớn hơn.
Nguyễn Tiến Ninh, D08VT5 18
b) Tìm gọi
Điểm nổi bật của paging là để đánh số các UE đang trong chế độ RRC- IDLE. Paging cũng có thể được sử dụng để cho các UE ở cả hai chế độ RRC- IDLE và RRC-CONNECTED sự thay đổi thông tin hệ thống hoặc chuyển đổi giữa SIB10 và SIB11.
c) Xử lý kết nối RRC giữa E-UTRAN và UE:
Có ba thông báo RRC để xử kết nối giữa E-UTRAN và UE. Kết nối được thiết lập có thể bắt đầu bởi một yêu cầu từ UE trong NAS. Có 5 lý do được xác định cho yêu cầu đó là trường hợp khẩn cấp, ưu tiên truy nhập, kết thúc truy nhập di động, báo hiệu bắt nguồn từ mobile, dữ liệu bắt nguồn từ mobile. Sau khi UE gửi bản tin yêu cầu kết nối RRC, nó nhận bản tin thiết lập kết nối RRC từ eNodeB. Sau đó, UE gửi bản tin hoàn thành thiết lập kết nối RRC. Nếu quá trình thiết lập kết nối RRC thành công, UE chuyển từ chế độ IDLE sang chế độ CONNECTED.
d) An ninh:
Các khóa bảo mật được sử dụng trong tầng truy nhập (AS) để cung cấp tính bảo mật cho cả dữ liệu người dùng và tín hiệu điều khiển RRC. Sau khi hoàn thành thủ tục bảo mật, EPC và UE chia sẻ cùng khóa chính (master key). ENodeB không có khóa chính nhưng cần các khóa cho UE. Sự liên lạc của eNodeB bắt được bắt nguồn từ khóa chính truyền cho eNodeB. eNodeB giữa các khóa chừng nào UE được kết nối những sẽ hủy chúng khi UE chuyển sang chế độ IDLE hoặc thực hiện chuyển giao tới eNodeB khác. Trong lúc chuyển giao và tái thiết lập, các khóa sẽ bị thay đổi. Các thuật toán mã hóa và khả năng bảo trì cũng được thay đổi dựa trên chuyển giao
e) Xử lý các kênh sóng mang vô tuyến điểm-điểm:
Thủ tục cấu hình lại kết nối RRC được thực hiện bằng cách sử dụng 2 bản tin: cấu hình lại kết nối RRC và hoàn thành cấu hình lại kết nối RRC. Mục đích của thụ tục này là giữ và tách các kênh mang vô tuyến. Cấu hình lại kết nối RRC có thể tách dữ liệu kênh mang vô tuyến nhưng không thể tách báo hiệu kênh mang vô tuyến
f) Điều khiển UE thông báo phép đo:
Trong bản tin cấu hình lại RRC có một tham số để cấu hình một bản thông báo phép đo. Tham số phép đo đầu tiên là tham số được dựa trên UE khi thực hiện chuyển giao. Lấy ví dụ đo cùng tần số và đo khác tần số có thể là 2 đối tượng khác nhau. Đo cùng tần số (intra-frequency) nghĩa là thực hiện phép đo trên cùng một tần số sóng mang như các tần số trong đường xuống của tế bào phục vụ. Đo khác tần số (inter-frequency) nghĩa là thực hiện phép đó ở những tần số khác nhau từ đường xuống của tế bào phục vụ. Tham số thứ hai thông báo cấu hình là cái thiết lập tiêu chí thông báo và định dạng thông báo. Tiêu chí thông báo chỉ ra thông báo phép đo nào sẽ được kích hoạt bởi UE. Có hai loại
Nguyễn Tiến Ninh, D08VT5 19 kích hoạt là định kỳ hoặc dựa vào sự kiện. Định dạng thông báo gồm các số, một trong các số này chỉ ra số của tế bào mà UE sẽ thực hiện phép đo với tế bào.
g) Chuyển giao:
Được kích hoạt bởi eNodeB dựa trên các thông báo phép đo nhận được từ UE. Chuyển giao được phân ra các loại khác nhau dựa trên nguồn và đích đến của chuyển giao. Chuyển giao có thể bắt đầu và kết thúc trong E-UTRAN, nó cũng có thể bắt đầu trong E-UTRAN và kết thúc trong một công nghệ truy nhập (RAT) khác, hoặc có thể bắt đầu từ công nghệ truy nhập khác và kết thúc tại E- UTRAN.
- Chuyển giao cùng tần số trong hệ thống LTE - Chuyển giao khác tần số trong hệ thống LTE
- Chuyển giao từ hệ thống WCDMA tới hệ thống LTE - Chuyển giao từ hệ thống CDMA 2000 tới hệ thống LTE - Chuyển giao từ hệ thống GERAN tới hệ thống LTE Xét với trường hợp chuyển giao cùng tần số và cùng là LTE.
Trong chuyển giao cùng hệ thống LTE, cả nguồn và đích cùng nằm trong hệ thống LTE. Với loại chuyển giao này, bản tin cấu hình lại kết nối RRC hoạt động như một lệnh chuyển giao. Giao diện giữa eNodeB là giao diện X2. Trong lúc chuyển giao, eNodeB nguồn gửi một bản tin yêu cầu chuyển giao X2 tới eNodeB đích để báo cho eNodeB sẵn sàng tiếp nhận chuyển giao.
1.6. Tổng kết chƣơng
Trong chương 1, em đã trình bày tổng quan về LTE, kiến trúc hệ thống, kiến trúc giao thức E-UTRAN. Qua đó, em đã nêu đặc điểm, chức năng của các lớp giao thức, các nút logic trong từng kiến trúc. Đặc biệt trong chương có đề cập đến hai giao thức: điều khiển liên kết vô tuyến (RLC) và giao thức hội tụ dữ liệu gói là hai giao thức hỗ trợ trong quá trình chuyển giao.
Nguyễn Tiến Ninh, D08VT5 20
CHƢƠNG 2. CHUYỂN GIAO TRONG LTE 2.1. Giới thiệu
Tính di chuyển là một đặc tính quan trọng trong các mạng di động không dây khi phương tiện tăng tốc độ khi di chuyển và nhu cầu sử dụng Internet hầu hết mọi lúc mọi nơi của con người. Phương tiện di chuyển ở tốc độ cao là một thách thức lớn đối với các mạng không dây và LTE như một quá trình tiến hóa dài đã hứa hẹn là sẽ vượt qua thử thách tốt hơn so với các công nghệ trước nó. Để thực hiện điều đó các yêu cầu được đặt ra là hiện tượng trễ và mất gói đối với truyền thoại phải ở mức tối thiểu có thể, song song với nó là độ tin cậy trong truyền dữ liệu. Do đó việc tối ưu trong thủ tục chuyển giao để đạt được hiệu năng cần thiết được coi là một vấn đề quan trọng trong mạng di động.
Khi UE di chuyển có thể đối mặt với những điều kiện truyền sóng khác nhau và những mức nhiễu khác nhau. Các cell đang phục vụ UE không phải là cell tốt nhất và khi đó UE cần được chuyển giao tới một cell khác. Để xảy ra chuyển giao, UE trong khi đang kết nối với tế bào phục vụ thì cũng cần liên tục giám sát các tế bào bên cạnh. Các tế bào phục vụ UE được gọi là tế bào gốc hay tế bào phục vụ, còn tế bào được chuyển giao gọi là tế bào đích. Trong LTE chúng ta có thể phân biệt 2 chế độ di chuyển khác nhau: di chuyển trong chế độ rỗi và di chuyển trong chế độ đã kết nối. Khi UE ở chế độ rỗi và thay đổi tế bào, quá trình này được gọi là chọn cell, và khi UE đang ở chế độ đã kết nối và chuyển tế bào, quá trình này được gọi là chuyển giao. Mạng điều khiển chuyển đổi UE từ chế độ rỗi sang chế chế độ đã kết nối và ngược lại.
Chuyển giao trong LTE là chuyển giao cứng, thay vì chuyển giao mềm như trong mạng WCDMA, bởi vì UE ngắt kết nối tới eNB cũ trước khi thành lập kết nối tới eNB mới. Do đó chuyển giao sẽ có một khoảng thời gian ngắn bị ngắt trong mặt phẳng người sử dụng. Việc mất dữ liệu cần được tránh trong chuyển giao, vì vậy chuyển tiếp dữ liệu đã được xây dựng và phát triển cho các mạng LTE. Như đã đề cập trước đó, không có chuyển giao mềm trong LTE, xử lý dữ liệu trong chuyển giao được thực hiện bởi eNB. Cụ thể hơn, đệm dữ liệu và bảo vệ trong chuyển giao để thiết bị di động người sử dụng trong E-UTRAN được phụ trách bởi lớp PDCP trong eNB là một lớp con của lớp liên kết dữ liệu. Chuyển giao là một trong những thủ tục luôn gắn liền với UE để cung cấp tính thông suốt của di động. Chuyển giao có lợi cho kết cuối người sử dụng mặc dù nó làm tăng tính phức tạp của mạng với UE như là sử dụng tài nguyên và cấu trúc mạng. Nếu không có chuyển giao thiết bị phía cuối người dùng sẽ không có tính thông suốt trong di động và có thể mất kết nối trong khi rời một tế bào và chuyển vào một tế bào khác. Mục tiêu trong các mạng di động như LTE là cung cấp tính thông suốt di động cho người dùng, song song với nó là việc quản lý mạng đơn giản.
Trong chương này sau khi tìm hiểu thủ tục chuyển giao, các định nghĩa được liên quan đến chuyển giao được đưa ra để cung cấp cái nhìn tổng quan về chuyển giao.
Nguyễn Tiến Ninh, D08VT5 21 Tiếp theo chuyển tiếp dữ liệu là một trong những bước của quá trình chuyển giao. Nó có khả năng chuyển giao và làm tăng hiệu năng chuyển giao cũng sẽ được đề cập
2.2. Thủ tục chuyển giao
EPC không tham gia vào quá trình chuyển giao và tất cả các bản tin cần thiết được trao đổi trực tiếp giữa các eNB. Thủ tục chuyển giao được minh họa trong các hình 2.1, 2.2, 2.3 và được diễn giải sau đây:
1. Dựa trên những thông tin giới hạn, eNB nguồn thiết lập cấu hình đo UE. 2. Thông báo đo được gửi bởi UE sau khi nó được kích hoạt dựa trên một số
nguyên tắc.
3. Quyết định chuyển giao được thực hiện bởi eNB nguồn dựa trên thông báo phép đo và thông tin quản lý tài nguyên vô tuyến (RRM).
4. Bản tin yêu cầu chuyển giao được gửi đến eNB đích bởi eNB gốc có chứa tất cả các thông tin cần thiết để chuẩn bị chuyển giao ở phía đích đến.
5. eNB đích có thể thực hiện điều khiển truy nhập phụ thuộc thông tin đã nhận QoS E-RAB. Thực hiện điều khiển truy nhập là để tăng khả năng thành công của chuyển giao, trong đó eNB đích quyết định các nguồn tài nguyên có thể được cấp hay không. Trong trường hợp các nguồn tài nguyên có thể được cấp, eNB đích thiết lập cấu hình các nguồn tài nguyên được yêu cầu theo thông tin đã nhận E-RAB QoS sau đó dự trữ một số nhận dạng tạm thời mạng vô tuyến trong cell (C-RNTI) và một kênh truy nhập ngẫu nhiên (RACH preamble ) cho UE
6. eNB đích chuẩn bị chuyển giao và sau đó gửi thông báo xác nhận yêu cầu chuyển giao tới eNB gốc. Thông báo gửi tới UE có vai trò như một bản tin điều khiển tài nguyên vô tuyến để thực hiện chuyển giao. Trong thông báo có chứa một số nhận dạng tạm thời mới trong cell (C-RNTI), có thể gồm một kênh truy nhập ngẫu nhiên (RACH preamble), và một vài thông số khác như là bản tin RNL/TNL cho đường hầm chuyển tiếp. Nếu cần chuyển tiếp, eNB gốc có thể bắt đầu chuyển tiếp đến eNB đích ngay sau khi nó gửi lệnh chuyển giao tới các UE. Các bước 7 đến 16 được thiết kế để tránh mất dữ liệu trong quá trình chuyển giao.
7. Để thực hiện chuyển giao eNB đích tạo ra những bản tin điều khiển tài nguyên vô tuyến, tức là bản tin thiết lập lại kết nối điều khiển tài nguyên vô
tuyến (RRC Connection Reconguration) bao gồm các thông tin điều khiển
di động. Thông báo này được gửi tới UE bởi eNB nguồn.
8. Bản tin SN STATUS TRANFER được gửi bởi eNB nguồn tới eNB đích. Trong bản tin này, thông tin về trạng thái bộ thu đường lên PDCP SN và trạng thái bộ phát đường xuống của E-RABs được cung cấp. Chuỗi số giao thức hội tụ dữ liệu gói (PDCP SN) của đường lên (UL SDU) thiếu khối dữ liệu dịch vụ gồm trạng thái bộ thu PDCP SN đường lên. Tiếp theo eNB đích sẽ phân công những SDU mới được chỉ định bởi tình trạng đường xuống .
Nguyễn Tiến Ninh, D08VT5 22
UE eNB nguồn eNB đích MME Cổng phục vụ
0. Vùng giới hạn được cung cấp
1. Thiết lập đo
Dữ liệu gói Dữ liệu gói
2. Thông báo kết quả đo
3. Quyết định chuyển giao
4. Yêu cầu chuyển giao
5.Điều khiển truy nhập 6. Xác nhận yêu cầu
chuyển giao Cấp phát đường lên
Cấp phát đường xuống
Hình 2.1. Chuẩn bị chuyển giao
9. Sau khi nhận được thông báo thiết lập lại kết nối điều khiển tài nguyên vô
tuyến (RRC Connection Reconguration) gồm thông tin điều khiển di động của UE, UE cố gắng thực hiện đồng bộ hóa eNB đích và truy nhập vào các tế bào đích thông qua RACH( kênh truy nhập ngẫu nhiên). Nếu RACH đã được giao cho UE, nó có thể sử dụng một thủ tục tranh chấp, nếu không nó sẽ sử dụng một thủ tục dựa trên tranh chấp. Cảm nhận về sự an toàn, các khóa đặc biệt của eNB đích được bắt nguồn từ UE và các thuật toán bảo mật chọn được cấu hình để sử dụng trong các ô đích.
10.eNB đích đáp lại dựa trên thời gian và phân bổ đường lên.
11.Sau khi UE truy nhập thành công vào các tế bào đích, nó sẽ gửi các bản tin RRC Connection Recoguration Complete để xác nhận chuyển giao. C-RNTI gửi thông điệp RRC Connection Reconguration Complete được xác minh bởi eNB đích và sau đó eNB đích có thể bắt đầu gửi dữ liệu đến UE.
Nguyễn Tiến Ninh, D08VT5 23
UE eNB nguồn eNB đích MME Cổng phục vụ
8. Chuyển trạng thái SN
9. Đồng bộ
10. Phân bổ đường lên và thời gian cho UE
11. Thực hiện Chuyển giao
7. Thiết lập lại kết nối đk tài nguyên vô tuyến
Tách cell cũ, đồng bộ cell mới
Đưa vào bộ đệm và chuyển gói đến eNB đích
Chuyển tiếp dữ liệu
Đệm gói từ eNB nguồn
Hình 2.2. Thực hiện chuyển giao
12.Một bản tin chuyển mạch đường truyền (PATH SWITCH) được gửi đến MME bởi eNB đích để thông báo rằng UE vừa chuyển sang tế bào mới. 13.Bản tin yêu cầu mặt phẳng người dùng cập nhật (UPDATE USER PLANE
REQUEST) được gửi từ MME tới Cổng mạng phục vụ (Serving Gateway). 14.Cổng mạng phục vụ chuyển mạch đường dữ liệu tải xuống đến eNB đích và
gửi một hay nhiều gói đi trên tuyến cũ để eNB nguồn thấy các gói tin sẽ không được truyền trên tuyến này nữa. Sau đó, nguồn tài nguyên U- plane/TNL hướng đến eNB nguồn có thể được phát.
15.Một bản tin phản hồi cập nhật của mặt phẳng người dùng (UPDATE USER PLAN RESPONSE) được gửi đến MME từ Serving Gateway.
Nguyễn Tiến Ninh, D08VT5 24
UE eNB nguồn eNB đích MME Cổng phục vụ
15. U-plane phản hồi cập nhật End Marker
Chuyển tiếp dữ liệu
14. Chuyển mạch đường dữ liệu tải xuống
16. Xác nhận yêu cầu thay đổi đường truyền
Xả bộ đệm đường xuống, đưa các gói lên đường truyền
12. Yêu cầu chuyển đường
13. Mặt phẳng người dùng cập nhật yêu cầu
17. Giải phóng tài nguyên
18.Giải phóng tài nguyên Điểm kết thúc
Gói dữ liệu Gói dữ liệu
Chú giải
Báo hiệu L1/
L2 Báo hiệu L3 Dữ liệu
người dùng
Hình 2.3. Hoàn thành chuyển giao
16.MME gửi bản tin xác nhận chuyển mạch đường truyền (PATH SWITCH ACKNOWLEDGE) để xác nhận bản tin PATH SWITCH.
17. eNB đích gửi thông báo tới eNB nguồn để là chuyển giao đến nó đã thành