УДК 004.72(043.2)

Чоботок А.Ю., Пархоменко І.І.

Національний Авіаційний університет, Київ

Архітектура мережі LTE

Мережа LTE складається з двох найважливіших компонентів: мережі радіодоступу E-UTRAN і базової мережі SAE (System Architecture Evolution) або EPC (Evolved Packet Core Network).

Рисунок №1. Архітектура мережі LTE

Основним досягненням такої архітектури, в порівнянні з попередніми поколіннями є менші затримки при передачі як для користувача даних, так і керуючої інформації у зв'язку з проходженням через менше число проміжних елементів.

Обмін даними в мережі EPC відбувається тільки по IP протоколу з комутацією пакетів, що суттєво відрізняє мережу LTE від мереж попередніх поколінь, в яких використовувалася комутація каналів між окремими елементами. У дану мережу входять елементи, що відповідають за управління, маршрутизацію, комутацію і зберігання різних даних.

Мережа E-UTRAN, що складається з базових станцій (eNodeB) бере на себе функції радіоінтерфейсу і є сполучною ланкою між терміналами (UE) і мережею EPC. Основною особливістю, що відрізняє мережу LTE від мереж інших поколінь, є те, що базові станції eNodeB можуть обмінюватися між собою інформацією по протоколу X2 і здійснювати функції управління. На відміну від стандарту GSM, де підсистема базових станцій BSS складалася з базового приймача-BTS і контролера базових станцій BSC, в мережі LTE в одному елементі eNodeB об'єднані функції передавача і контролера.

У мережі LTE існує два види трафіку: передача даних користувача (UP - User Plane) і передача сигнальної інформації (CP - Control Plane). На мал.1 вони позначені суцільною і пунктирною лініями відповідно.

Призначення основних елементів мережі

БС ( EnodeB ) в мережі LTE виконує такі функцій :

· Управління радіоресурсами ( RRM - Radio Resource Management ): розподіл радіоканалів, динамічний розподіл ресурсів у висхідних і низхідних напрямках - так зване диспетчеризація ресурсів ( scheduling ).

· Вибір блоку управління мобільністю ( MME ) при включенні в мережу користувальницького терміналу за відсутності у того інформації про минуле підключенні.

· Вимірювання та складання відповідних звітів для управління мобільністю та диспетчеризації.

· Маршрутизація в користувальницької площині пакетів даних у напрямку до обслуговуючому шлюзу (S - GW).

· Диспетчеризація і передача викличної і віщальної інформації, отриманої від блоку управління мобільністю ( MME ).

· Диспетчеризація і передача повідомлень PWS (Public Warning System, система тривожного сповіщення ), отриманих від блоку управління мобільністю ( MME ).

· Стиснення заголовків IP- пакетів, шифрування потоку даних користувача.

MME (Вузол Управління Мобільністю - Mobility Management Entity )

Це основний керуючий елемент в мережі LTE. Він осуществляе тільки функції управління і не працює з одними даними . Має безпосередній зв'язок з UE через протокол сигналізації поза рівня доступу ( NAS-Non Access Stratum ).

· сигналізація між мережею EPC і UE.

· сигналізація у разі якщо виконує хендовер між різними мережами.

· вибір P- GW і S-GW

· вибір SGSN у разі коли здійснюється хендовер в мережі 2G або 3G

· роумінг

· законний перехоплення сигналізації

· автентифікація: при реєстрації UE в мережі MME порівнює його постійний реєстраційний номер з номером знаходиться в базі даних HSS ( Home Subscription Server ) для перевірки його автентичності.

· управління каналами на інтерфейсах до інших елементів мережі

S-GW ( Serving Gateway - обслуговуючий шлюз ):

Призначений для обробки та маршрутизації пакетних даних надходили з/в підсистему базових станцій. SGW маршрутизує і направляє пакети з одними даними, в той же час виконуючи роль вузла управління мобільністю (mobility anchor) для користувача даних при хендовера між базовими станціями (eNodeB), а так само як вузол керування мобільністю між мережею LTE і мережами з іншими технологіями 3GPP. Коли UE вільна і не зайнятий викликом, S- GW підключає спадний канал даних ( DownLink - DL) і виробляє пейджинг, якщо потрібно передати дані по DL в напрямку UE. Він керує і зберігає стану UE (наприклад вимоги по пропускній здатності для IP-сервісів, внутрішню інформацію з мережевої маршрутизації ). Він так само надає копію даних користувача при узаконене перехопленні.

S-GW відповідає за виконання таких функцій:

· Вибір точки прив'язки ("якоря") локального місця розташування ( Local Mobility Anchor ) при хендовера.

· Буферизація пакетів даних в спадному напрямі, призначених для UE, що перебувають у режимі очікування, і ініціалізація процедури запиту послуги .

· Санкціонований перехоплення інформації користувача.

· Маршрутизація і перенаправлення пакетів даних.

· відправляє різні події в PCRF (початок з'єднання, завершення з'єднання)

· Формування облікових записів користувачів і ідентифікатора класу якості обслуговування для тарифікації.

· Тарифікація абонентів.

PGW ( Пакетний шлюз - Packet Data Network Gateway ):

Пакетний шлюз забезпечує з'єднання від UE до зовнішніх пакетним мереж даних, будучи точкою входу і виходу трафіку для UE. UE може мати одночасно з'єднання з більш ніж одним P- GW для підключення до декількох мереж. PGW виконує функції захисту, фільтрації пакетів для кожного користувача, підтримку білінгу, узаконеного перехоплення і сортування пакетів. Інша важлива роль P-GW - бути вузлом управління мобільністю між 3GPP і не - 3GPP технологіями, такими як WiMAX і 3GPP2 ( CDMA 1X і EvDO ).

P-GW забезпечує виконання таких функцій:

· Фільтрація користувальницьких пакетів.

· Санкціонований перехоплення інформації користувача.

· Розподіл IP- адрес для UE.

· Маркування пакетів транспортного рівня в низхідному напрямку.

· Тарифікація послуг, їх селекція.

PCRF (Вузол виставлення рахунків абонентам - Policy and Charging Rules Function ) :

Policy Function (управління політикою ) також може бути розділене на 2 функції: контроль шлюзу (gating control) і контроль якістю. Під контролем шлюзу ( gating control ) розуміється своєчасність і безпомилковість визначення таких подій як початок надання, зміна параметрів, завершення надання послуги тощо Управління якістю включає в себе безперервний моніторинг і підтримка заданих абонентськими параметрами характеристик якості надання послуг (QoS) причому не тільки для голосових з'єднань , але і для пакетних сесій.

Charging Function (управління нарахуванням плати) обов'язково передбачає on-line тарифікацію, тобто абонент і оператор можуть в реальному часі відслідковувати стан рахунку. PCRF повинен підтримувати декілька моделей нарахування плати: за наданим обсягом послуг, по витраченому на послугу часу, за фактом надання послуги, а також комбіновані моделі.

PCRF повинен виконувати зазначені вище функції навіть коли абонент знаходяться за межами операторської мережі.

HSS ( Home Subscriber Server - сервер абонентських даних мережі ):

HSS являє собою велику базу даних і призначений для зберігання даних про абонентів . HSS фактично замінює набір регістрів (VLR, HLR, AUC, EIR), які використовувалися в мережах 2G і 3G.

HSS служить для зберігання такої інформації:

· користувальницьких ідентифікаторів, номерів і адресної інформації

· дані безпеки абонентів: інформація для контролю доступу в мережу, автентифікації і авторизації

· інформація про місцезнаходження абонента на між мережному рівні, тобто якщо навіть абонент покине поточну мережу LTE оператора, то в HSS збережеться інформація про те в яку мережу він перейшов для його пошуку в разі вхідного дзвінка

· інформація про профіль абонента

· Генерує дані, необхідні для здійснення процедур шифрування, автентифікації і т.п.

Мережа LTE може включати один або кілька HSS. Кількість HSS залежить від географічної структури мережі і числа абонентів.

Список використаних джерел

1. 4G LTE, LTE-Advanced for Mobile Broadband, Erik Dahlman et al., 2011

2. LTE - The UMTS Long Term Evolution, Stefania Sesia et al.,2009

3. LTE. The UMTS Long Term Evolution From Theory to Practice 2nd Edition, Stefania Sesia et al.,2011