Chuyển giao (handover) trong các môi trường mạng 3g và LTE

cell A đã dùng hết, thì khi đó kết nối của những thiết bị di động nằm trong vùng giao làm giảm bớt kết nối ở cell A để các thiết bị di động khác có thể kết nối đến[1].. Do đó, các kết nố

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Kỹ thuật truyền thông

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

TS PHẠM DOÃN TĨNH

Hà Nội – Năm 2014

1

LỜI CAM ĐOAN 4

CÁC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT 5

DANH MỤC BẢNG 10

DANH MỤC HÌNH VẼ 11

MỞ ĐẦU 13

CHƯƠNG 1 CHUYỂN GIAO TRONG MẠNG DI ĐỘNG 15

1.1 Chuyển giao trong mạng di động nói chung 15

1.2 Phân loại các loại hình chuyển giao (HO) 15

1.3 Các bước cơ bản trong một quá trình chuyển giao 17

1.4 Các vấn đề cần quan tâm khi thiết kế một thuật toán (giao thức) chuyển giao 18 1.5 HO liên quan như thế nào với RRM? 19

CHƯƠNG 2: CHUYỂN GIAO TRONG MẠNG LTE 21

2.1 Công nghệ LTE 21

2.2 Truy cập vô tuyến trong mạng LTE 22

2.2.1 Hệ thống truyền dẫn đường xuống OFDMA 22

2.2.2 Hệ thống truyền dẫn đường lên SC – FDMA 23

2.2.3 Hoạch định phụ thuộc kênh truyền và sự thích ứng tốc độ (Channel dependent scheduling and rate adptation) 25

2.2.3.1 Ho ạch định đường xuống 25

2.2.3.2 Ho ạch định đường lên 25

2.3 Kiến trúc mạng LTE 26

2.4 Các thủ tục truy cập LTE 29

2.4.1 Dò tìm cell 30

2.4.2 Dò tìm cell ban đầu và cell lân cận 30

2.4.3 Truy cập ngẫu nhiên RACH 31

2.5 Giới thiệu về chuyển giao trong mạng LTE 34

2.6 Các thủ tục chính của một quá trình chuyển giao cơ bản 34

2

2.7 Các xử lý trong một quá trình chuyển giao 39

2.7.1 Đo lường tại UE 40

2.7.2 Xử lý tại lớp 1: 42

2.7.3 Xử lý tại lớp 3: 42

2.8 Kích hoạt chuyển giao 43

2.9 Các tiêu chuẩn đánh giá chất lượng chuyển giao 44

2.9.1 Chuyển giao lỗi: 45

2.9.2 Hiệu ứng ping pong: 46

2.9.3 CDF của RSRP của cell nguồn 46

2.9.4 Trễ trong toàn bộ quá trình chuyển giao: 47

2.10 Các phương pháp chuyển giao trong trường hợp xảy ra lỗi đường truyền: 47

2.10.1 Backward HO 47

2.10.2 RLF HO 48

2.10.3 Khôi phục NAS 49

2.11 Các phương pháp cải tiến quá trình chuyển giao 50

2.11.1 Chuyển đường nhanh (Fast path switch): 51

2.11.2 Chuyển giao dự đoán trước (HO prediction): 52

2.11.3 LTE forward HO 54

CHƯƠNG 3: CHUYỂN GIAO GIỮA LTE & UMTS 56

3.1 Giới thiệu công nghệ SRVCC 56

3.2 SRVCC from LTE to 3GPP2 1xCS 60

3.3 SRVCC from LTE to 3GPP UTRAN/GERAN 66

3.4 Đánh giá hiệu suất Chuyển giao từ UMTS sang LTE và ngược lại 71

3.4.1 Chuyển giao từ LTE sang UMTS sử dụng SRVCC 71

3.4.2 Mô hình mô phỏng 75

3.4.3 Mô phỏng chuyển giao giữa UMTS và LTE 80

3.4.3.1 Chuyển giao từ UMTS sang LTE 80

3.4.3.2 Chuyển giao từ LTE sang UMTS 84

3

3.4.3.3 Nhận xét 89

KẾT LUẬN 91 TÀI LIỆU THAM KHẢO 92

4

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật này là do tôi nghiên cứu và được

hoàn toàn chịu trách nhiệm trước Nhà trường

Temporary Identifier

Nhận dạng tạm thời mạng vô tuyến-tế bào

D

6

E

EUTRAN Evolution- UMTS Terrestrial

Radio Access Network

Mạng truy cập vô tuyến UMTS cải tiến

F

SCFDMA Single carrier frequency

division multiple access

Đa truy cập phân chia theo tần số sóng mang đơn

duplexing

Ghép kênh phân chia theo tần số

Packet Access

Truy cập gói đường xuống tốc độ cao

7

multiple-output

Đa nhập và đa xuất

division multiple access

Đa truy cập phân chia theo tần số trực giao

P

Ratio

Tỉ số năng lượng đỉnh trên trung bình

Protocol

Giao thức hội tụ dữ liệu dữ liệu gói

Gateway

Cổng mạng dữ liệu gói

Channel

Kênh điều khiển đường lên vật lý

Channel

Kênh chia sẻ đường xuống vật lý

8

Q

modulation

Điều biên vuông góc

R

RNC Radio Network Controller Điều khiển mạng vô tuyến

management

Quản lý tài nguyên vô tuyến

Power

Năng lượng thu tín hiệu chuyển đến

T

9

U

Module nhận dạng thuê bao

10

Bảng 3.1: So sánh CSFB và SRVCC 58

Bảng 3.2: Tham số mô phỏng 74

11

Hình 2.1: Phổ tín hiệu OFDM theo tần số và thời gian 20

Hình 2.2: Sơ đồ DFT-s-OFDM 22

Hình 2.3: OFDMA và SC-FDMA 22

Hình 2.4: Mô hình kiến trúc mạng LTE 24

Hình 2.5: Phân chia chức năng trong E-UTRAN 27

Hình 2.6: Tổng quan thủ tục truy cập ngẫu nhiên 30

Hình 2.7: Mô hình hệ thống 34

Hình 2.8: Các thủ tục trong một quá trình chuyển giao cơ bản 36

Hình 2.9: Các đường kết nối trong một quá trình chuyển giao 38

Hình 2.10: Cấu trúc tín hiệu đường DL của LTE 39

Hình 2.11: Lọc kết quả đo và báo cáo 40

Hình 2.12: Kích hoạt chuyển giao trong LTE 41

Hình 2.13: Quá trình chuyển giao backward trong LTE 45

Hình 2.14: Quá trình chuyển giao RLF trong LTE 46

Hình 2.15: Quá trình khôi phục NAS 48

Hình 2.16: Sơ đồ thể hiện sự thay đổi trong giao thức chuyển đường nhanh 50

Hình 2.17: Sơ đồ thể hiện sự thay đổi trong chuyển giao dự đoán trước 51

Hình 2.18: Quá trình chuyển giao forward 53

Hình 3.1 Mô hình tham chiếu EPS của CSFB với UTRAN là mạng đích 55

Hình 3.2 Mô hình tham chiếu EPS của SRVCC với UTRAN là mạng đích 57

Hình 3.3 SRVCC từ LTE đến mạng 1x CS 60

Hình 3.4 SRVCC từ LTE đến hệ thống thoại 1x CS 62

Hình 3.5 SRVCC từ LTE đến 3GPP UTRAN/GERAN 65

Hình 3.6 Dòng bản tin thiết lập cho SRVCC từ E-UTRAN đến GERAN không hỗ trợ DTM 67

Hình 3.7 Các đối tượng liên quan đến cuộc gọi xuất phát từ mạng LTE 70

12

Hình 3.8 thời gian gián đoạn dịch vụ từ LTE sang UMTS 71

Hình 3.9 Thời gian gián đoạn dịch vụ VCC từ UMTS đến LTE 72

Hình 3.10 mô hình mô phỏng 73

Hình 3.11: Khung hình chuyển giao trong Utran với RLC 75

Hình 3.12 thời gian gián đoạn dịch vụ trong chuyển giao LTE & UMTS so với BLER 78

Hình 3.13 Thời gian gián đoạn dịch vụ so với BLER 79

Hình 3.14 Dòng bản tin thiết lập cho SRVCC từ E-UTRAN đến GERAN không hỗ trợ DTM 79

Hình 3.15 Thời gian gián đoạn dịch vụ so với trễ truyền 80

Hình 3.16 chuyển giao SRVCC từ LTE sang UMTS, thời gian gián đoạn dịch vụ và BLER 81

Hình 3.17 chuyển giao SRVCC từ LTE sang UMTS thời gian gián đoạn dịch vụ và BLER trong sự thay đổi trễ truyền 83

Hình 3.18 chuyển giao SRVCC từ LTE sang UMTS gián đoạn dịch vụ so trễ truyền.84 Hình 3.19 SRVCC thời gian gián đoạn dịch vụ trong điều kiện thời gian thực 85

13

nhà mạng là rất lớn

Tuy nhiên đây còn là công nghệ mới và vẫn đang được hoàn thiện Do đó, thời

công nghệ

Và, để góp phần nhỏ vào việc đánh giá, đồ án này bước đầu giới thiệu cái nhìn

trong công nghệ này

Cùng với đó là đưa ra phương pháp giải quyết bài toán chuyển giao dịch vụ thoại giữa mạng LTE & 3G

Cũng chính vì thế tất cả những phát triển công nghệ truyền thông không dây cho đến ngày nay đều không nhằm ngoài mục đích là giúp người dùng di động có thể truy cập

tất cả các dịch vụ nhanh chóng và liên tục ngay cả khi đang di chuyển tốc độ cao Để

Xuất phát từ những vấn đề đó em đã quyết định chọn đề tài: “Chuyển giao

(handover) trong các môi trường mạng 3G và LTE.”

Chương 1: Chuyển giao trong mạng di động

14

Giới thiệu tổng quan về quá trình chuyển giao mạng di động

Chương 2: Chuyển giao trong mạng LTE

giao trong LTE

Chương 3: Chuyển giao giữa LTE & UMTS

Đưa ra phương pháp giải quyết bài toán chuyển giao và chứng minh hiệu quả chuyển giao

15

CHƯƠNG 1 CHUYỂN GIAO TRONG MẠNG DI ĐỘNG

một vùng phủ sóng giới hạn Do vậy khi bạn đang sử dụng thiết bị di động tham gia kết

nối mạng trong khi di chuyển sẽ xảy ra trường hợp bạn di chuyển từ cell này sang cell khác, có nghĩa là bạn không thể kết nối cùng với 1 eNodeB[1] Khi bạn di chuyển khỏi

sóng khác (B), lúc đó kết nối của thiết bị di động của bạn với trạm A sẽ bị ngắt và sẽ được chuyển kết nối với trạm phát sóng B Và tất nhiên kết nối của bạn vẫn luôn là liên

tục[1]

cell (A) đã dùng hết, thì khi đó kết nối của những thiết bị di động nằm trong vùng giao

làm giảm bớt kết nối ở cell A để các thiết bị di động khác có thể kết nối đến[1]

Chuyển giao (handover) chính là quá trình chuyển đổi kết nối của thiết bị di động của bạn từ một cell này sang một cell khác trong mạng tế bào

Chuyển giao là một điều kiện tất yếu đối với người sử dụng thiết bị di động, nó đảm bảo sự liên tục của các dịch vụ vô tuyến cũng như chất lượng của các dịch vụ đó[1]

chuyển giao chúng ta sẽ không có di động (no handover no mobility)

1.2 Phân lo ại các loại hình chuyển giao (HO)

HO) Trong đó, trong mạng tế bào, người ta phân biệt ra hai loại cơ bản nhất là chuyển

16

Một chuyển giao cứng là chuyển giao trong đó kết nối tới các tế bào nguồn được

giải phóng và chỉ sau đó kết nối tới tế bào đích mới được thiết lập Do đó, các kết nối

của thiết bị di động đến tế bào nguồn bị ngắt trước khi hoặc 'ngay khi' thực hiện kết

nối đến tế bào đích, vì thế mà chuyển giao này còn được gọi là: make[3] Chuyển giao cứng được tính toán để thời gian ngắt là tức thời để giảm thiểu

trong suốt quá trình kết nối Và nó yêu cầu xử lý ít nhất đối với dịch vụ mạng cung cấp

Một chuyển giao mềm là chuyển giao trong đó kết nối của thiết bị di động tới tế bào nguồn được giữ lại và được kết nối đồng thời song song với kết nối tới tế bào đích Trong trường hợp này kết nối với tế bào đích là thành lập trước khi kết nối với tế bào nguồn được giải phóng, do đó chuyển giao này được gọi là: make-before-break[3]

đáng kể Chuyển giao liên quan đến việc sử dụng kết nối cho nhiều hơn hai tế bào, ví

dụ như kết nối đến ba, bốn tế bào hoặc nhiều hơn có thể duy trì bởi một thiết bị di động

là tốt nhất tại thời điểm đó, khi đó có thể kết hợp tất cả tín hiệu thu được để tạo ra một tín hiệu rõ ràng nhất[3]

Một lợi thế của chuyển giao cứng là tại bất kỳ thời điểm nào trong thời gian một

kết nối chỉ sử dụng một kênh kết nối duy nhất Trong khi đó thời gian ngắt trong

dùng di động Đối với một cuộc gọi, trong hệ thống tương tự cũ nó có thể được nghe như một tiếng click hay một tiếng bíp rất ngắn, còn trong hệ thống kỹ thuật số sau này thì là không đáng kể Một ưu điểm khác của chuyển giao cứng nữa là phần cứng của

do đó nó có thiết kế đơn giản hơn và rẻ hơn Tuy nhiên một nhược điểm là nếu chuyển

17

giao cứng thất bại thì các kết nối có thể tạm thời bị gián đoạn hoặc thậm chí bị ngừng

thiết lập lại kết nối đến các tế bào nguồn nếu như kết nối đến các tế bào đích không thể

(trong trường hợp di chuyển ra khỏi cell) [3], trong trường hợp này kết nối sẽ bị chấm

dứt và thậm chí ngay cả khi có thể thiết lập lại kết nối vẫn có thể gây ra một sự gián đoạn kết nối tạm thời

giải phóng khi một kết nối tin cậy đến các tế bào mục tiêu đã được thiết lập và do đó các trường hợp kết nối bị kết thúc bất thường do chuyển giao không thành công sẽ thấp hơn Do đó độ tin cậy của kết nối là cao hơn khi kết nối thực hiện một chuyển giao

di động, vì cần phải có khả năng xử lý hai kết nối song song Ngoài ra nhược điểm nữa

năng của mạng

HO, HO prediction…

thể phân ra thành 3 bước chính như sau:

1 HO measurement (đo đạc/theo dõi chất lượng đường truyền radio)

2 HO decision (ra quyết định chuyển giao)

18

3 HO Execution (tiến hành chuyển giao)

Cụ thể từng bước như sau:

Bước 1: Trong suốt quá trình liên lạc, thiết bị di động (UE) sẽ luôn đo năng lượng thu được từ trạm phát sóng đang nối kết và của cả các trạm phát sóng khác xung

Bước 2 Nếu chất lượng đường truyền từ trạm phát hiện tại kết nối đến UE bị

tới

Bước 3 UE thiết lập nối kết tới trạm mới và tài nguyên dành riêng cho UE ở

giao

Trước hết là làm thế nào để đo được chất lượng đường truyền cũng như các thông tin liên quan của một trạm phát sóng lân cận trong khi UE vẫn đang liên lạc với

hợp các trạm phát sóng lân cận không cùng tần số với trạm phát sóng đang kết nối, giả

lạc đang diễn ra và shift đến tần số của BS lân cận để có thể đo được năng lượng phát

dùng để dò thông tin của trạm phát sóng mới hoặc UE chỉ có một giao diện vô tuyến

mà có khả năng tự cấu hình lại để hoạt động ở cả 2 chế độ

19

Trong trường hợp chuyển giao khác hệ thống, bên cạnh thông tin trên bạn còn

cần các thông tin khác, ví dụ "cost" của từng trạm phát sóng lân cận (giá bạn phải trả

nếu thực hiện kết nối thông qua trạm phát sóng đấy) Và còn nhiều thông tin khác

chuyển giao sang một trạm phát sóng có chất lượng tốt hơn/ giá rẻ hơn ngay khi nó vẫn đang kết nối với trạm phát sóng cũ

Ai sẽ ra quyết định trong quá trình chuyển giao? UE hay các trạm phát sóng?

Một khi có tất cả thông tin cấn thiết để thực hiện chọn lựa trạm phát sóng lân

cận tốt nhất Tốt nhất là theo nghĩa nào? Tốt nhất đối với UE này sẽ không phải là với

tốt nhất đối với tất cả các UE khác…

(Quality of Service) mà UE yêu cầu (expect) không?

Làm thế nào để UE, trạm phát sóng gốc và trạm phát sóng đích (trạm được

chọn trong số các BS lân cận để UE chuyển giao tới) có thể đồng thời trao đổi thông tin

với nhau để thực hiện quá trình authentication?

Nếu là chuyển giao dọc thì việc tính toán lợi nhuận (billing) của nhà phát hành

từng công nghệ sẽ phân chia và giải quyết thế nào?

Trong quá trình thực hiện chuyển giao, thời gian gián đoạn kết nối không được quá lớn: low handover latency + less packet loss

đảm bảo điều đó thì phải cần có một cơ chế điều khiển quản lý (Admission control) và tài nguyên dành riêng (resource reservation) tốt Nói cách khác là RRM tốt

20

sóng đó đã và đang có nhiều UE cùng kết nối với nó, thì trạm phát sóng sẽ không đồng

ý thêm bất cứ UE nào mới truy cập vào

- Ngoài ra hệ thống phải đặt một độ ưu tiên nhất định đối với các user thực hiện

HO từ cell lân cận sang nó so với các user mới bắt đầu khởi tạo kết nối Nghĩa là khi lưu lượng tải của một trạm phát sóng ở một mức nào đó, nó sẽ không nhập kết nối mới

cứu nhiều

- Trong trường hợp một trạm phát sóng có lưu lượng tải cao, nó sẽ cưỡng ép các

nhiều đến cân bằng tải (load balancing)

- Riêng về phía UE, trong quá trình chọn cell, nó sẽ chọn các cell đang có lượng

tải thấp Cũng là một cách để thực hiện cân bằng tải trong hệ thống…

21

CHƯƠNG 2: CHUYỂN GIAO TRONG MẠNG LTE

khả năng cung cấp cho người dùng tốc độ truy cập dữ liệu nhanh, cho phép các thiết bị

di động có thể phát triển thêm nhiều dịch vụ truy cập sóng vô tuyến mới dựa trên nền

tảng IP tối ưu, và đặc biệt thuận lợi cho việc nâng cấp mạng từ 3G lên 4G Các yêu cầu

mà 3GPP đặt ra cho LTE bao gồm: giảm chi phí cho mỗi bit thông tin, cung cấp dịch

vụ tốt hơn, sử dụng linh hoạt các băng tần hiện có và băng tần mới, đơn giản hóa kiến

cuối Các mục tiêu của công nghệ này là:

độ tải lên (Uplink – UL) có thể lên đến 50 Mbps, cao hơn từ 2-3 lần so với công nghệ HSPUA (3GPP phiên bản 6) với 2 anten thu và 1 anten phát ở thiết bị đầu cuối [5]

• Độ trễ: Thời gian trễ tối đa cho phép đối với người dùng phải thấp hơn 5ms [5]

• Độ rộng băng thông linh hoạt: có thể hoạt động với băng thông 5MHz,

• Tính di động: Tốc độ di chuyển tối ưu là 0-5km/h, và vẫn hoạt động tốt với tốc

độ di chuyển từ 15-120km/giờ, thậm chí lên đến 500km/h tùy băng tần [5]

lượng hơn 200 người/cell (băng thông 5MHz) [5]

Để đạt được các mục tiêu trên, LTE đã sử dụng các kỹ thuật mới: OFDMA

chia một luồng dữ liệu tốc độ cao thành các luồng dữ liệu tốc độ thấp hơn và phát đồng

thời trên một số các sóng mang con trực giao Vì khoảng thời gian symbol tăng lên cho

đường được giảm xuống Nhiễu xuyên ký tự ISI được hạn chế hầu như hoàn toàn do

Băng thông 5 MHz

Tần số

Thời gian

Các sóng mang con Các khoảng

23

các user khi truy cập vào tài nguyên sẽ được cấp cho một hay nhiều kênh con để truyền

sóng mang con cho 1 người dùng cũng khác nhau

downlink, nhưng lại không được sử dụng đối với hướng uplink bởi vì đặc điểm của tín

truy cập phân chia theo tần số đơn sóng mang Tuy nhiên việc xử lý tín hiệu

lên và đường xuống vẫn được hài hòa [1]

cho LTE đường UpLink PAPR giúp mang lại hiệu quả cao trong việc thiết các bộ khuếch đại công suất UE, điều này đặc biệt quan trọng đối với những thiết bị đầu cuối

tương đồng với OFDMA, do đó, tham số hướng DL và UL có thể cân đối với nhau

24

Phương pháp để tạo ra một tín hiệu SC-FDMA là DFT-spread-OFDM OFDM)

truyền đi thông tin của tất cả các ký hiệu điều chế truyền, kể từ dòng dữ liệu đầu vào đã được truyền do biến đổi DFT trên sóng mang phụ có sẵn Trái ngược với điều này mỗi

Điều chế

QPSK

1,1

1,-1 -1,-1

Ký tự SC-FDMA

Ký tự OFDMA

Tần số Tần số

Ký tự OFDMA Thời

Chuyển đổi song song sang nối tiếp

DFT

M điểm

IDFT

N điểm

Sắp xếp sóng mang con

Chèn CP/PS Dòng bit đến

M < N

Hình 2.2: S ơ đồ DFT-s-OFDM

25

dependent scheduling and rate adptation)

kênh truyền (shared channel transmission)[7], khi đó tài nguyên miền tần số - thời gian được chia sẻ tự động giữa người dùng Việc sử dụng truyền dẫn chia sẻ kênh truyền rất

nhanh chóng cũng như cho phép nhiều công nghệ quan trọng khác được dùng bởi LTE

Khối hoạch định (scheduler) sẽ điều khiển việc phân phát tài nguyên chia sẻ cho người dùng tại mỗi thời điểm Nó cũng quyết định tốc độ dữ liệu được sử dụng cho

hệ thống có thể đạt được nếu đặc tính kênh truyền được lưu ý đến trong việc quyết định phân bố, và được gọi là hoạch định phụ thuộc kênh truyền

2.2.3.1 Ho ạch định đường xuống

Trong đường xuống, mỗi thiết bị đầu cuối sẽ báo cáo một đánh giá về chất lượng kênh truyền tức thời cho trạm gốc Những đánh giá này có được bằng cách đo lường một tín hiệu tham khảo, được truyền từ trạm gốc và nó cũng được sử dụng cho

truyền vẫn được đảm bảo [7]

2.2.3.2 Ho ạch định đường lên

Đường lên LTE dựa trên sự phân cách trực giao giữa các ngừơi dùng và nhiệm

vụ của scheduler đường lên là phân phát tài nguyên cả về thời gian và tần số (kết hợp

26

đang được sử dụng [7]

• eNodeB :

hiện quản lý tài nguyên vô tuyến cho hệ thống truy cập tiên tiến Nó bao gồm các chức năng sau :

- Chức năng quản lý tài nguyên vô tuyến

- Nén tiêu đề IP (IP header) và mã hoá dòng dữ liệu người sử dụng

eNodeB

PDN internet

PDN gateway

Serving gateway

27

không có định tuyến tới một MME nào, thì nó có thể xác định từ thông tin được cung

cấp bởi UE

vụ Serving Gateway

- Lập lịch và truyền dẫn thông tin quảng bá (bắt nguồn từ MME)

- Cấu hình phép đo và báo cáo phép đo sự lưu động và sự lập lịch trình

• Thực thể quản lý di động MME (Mobility Management Entity):

MME là node điều khiển quan trọng của mạng truy cập LTE MME quản lý tính lưu động, xác nhận UE và những tham số bảo mật Chức năng của MME bao gồm:

trách nhiệm về sự phát sinh và sự định vị của sự nhận dạng tạm thời các UE

- Theo dõi khi UE có trạng thái rỗi – Idle và khả năng liên lạc (bao gồm điều kiển

và thực hiện các chuyển tiếp)

- Theo dõi quản lý danh sách vùng

và giám sát việc thi hành sự giới hạn Roaming cho UE

HRPD khác

Subscriber Service)

28

traffic)

• Serving Gateway

yêu cầu dịch vụ

hoạt tìm gọi khi dữ liệu downlink chuyển tới UE

- Quản lý và lưu trữ các thông tin của UE

- Thực hiện sao chép của lưu lượng sử dụng trong trường hợp ngăn chặn hợp pháp(lawful interception)

• PDN Gateway

điểm vào ra cho UE[8] Một UE có thể đồng thời kết nối với nhiều hơn một PDN GW

để truy cập nhiều PDN Chức năng của PDN GW gồm có:

- Xử lý gói tin cho mỗi user

- Hỗ trợ tính cước

- Ngăn chặn hợp pháp (Lawful Interception)

- Định vị địa chỉ IP của UE

- Thay đổi mức đánh dấu gói tin ở downlink và uplink

29

• Kênh chia sẻ đường lên

2.4 Các th ủ tục truy cập LTE

Ở trên ta đã mô tả các sơ đồ đường lên và đường xuống cũng như cấu trúc mạng LTE Tuy nhiên trước khi truyền dẫn số liệu, thiết bị di động cần phải được kết nối với

là: dò tìm cell và truy cập ngẫu nhiên

eNodeB

RRM liên cell Điều khiển RB (Radio Bearer)

Điều khiển kết nối di động

Điều khiển quản lý vô tuyến

Cấu hình đo lường eNodeB

Theo dõi trạng thái di động rỗi

Điều khiển thông báo EPS

Lọc gói

Hình 2.5 Phân chia ch ức năng trong E-UTRAN

30

2.4.1 Dò tìm cell

Là một thủ tục, bằng cách đó thiết bị đầu cuối tìm được một cell nào đó trong hệ

đánh giá các thông số cần thiết cho việc tiếp nhận thông tin hệ thống trên kênh quảng

bá, bao gồm các thông số còn lại được yêu cầu cho truy cập hệ thống

Trong bước đầu tiên của thủ tục dò tìm cell, thiết bị di động sử dụng tín hiệu đồng bộ sơ cấp để tìm định thời trên một cơ sở 5 ms Lưu ý rằng tín hiệu đồng bộ sơ

cấp được phát hai lần trên mỗi khung Lý do là để đơn giản hóa việc chuyển giao từ các

cấp chỉ có thể cung cấp định thời khung với khoảng 5ms

đồng bộ khung Thiết bị di động có thể phân giải định thời 5 ms có được từ bước đầu

để tạo ra tín hiệu tham khảo trong cell

được quảng bá để có được các thông số còn lại như băng thông truyền dẫn được sử

dụng trong cell

2.4.2 Dò tìm cell ban đầu và cell lân cận

Tìm cell ban đầu để kết nối sau khi thiết bị di động bắt đầu tham gia vào mạng

là một yếu rất quan trọng Tuy nhiên khả năng tìm được cell lân cận để thực hiện chuyển giao khi thiết bị di động di chuyển từ kết nối này sang kết nối khác cũng là một

cận

Để tìm cell ban đầu thiết bị di động thường không biết được tần số sóng mang

của các cell mà nó đang tìm Trong trường hợp này, thiết bị di động tìm một sóng mang thích hợp bằng cách lặp thủ tục dò tìm nhiều lần cho tất cả các sóng mang có thể

31

trong lưới tần số Rõ ràng điều này sẽ làm tăng thời gian cần thiết để tìm được cell ban đầu, tuy nhiên khi thiết bị bắt đầu truy cập vào mạng thì điều này là không quan trọng

sử dụng mọi thông tin mà nó có và bắt đầu tìm cell trên một vùng tần số mà nó kết nối đến lần cuối cùng

Mặt khác, tìm cell lân cận lại cần có yêu cầu chặt chẽ hơn Khi tìm cell lân cận

chậm, thiết bị di động sẽ mất nhiều thời gian để có thể được chuyển giao đến một cell

nhiên nếu trong trường hợp chuyển giao là cùng tần số thì rõ ràng rằng thiết bị di động

đã có thông tin về tần số của sóng mang lân cận, vì thế việc tìm cell lân cận đơn giản hơn Còn trong trường hợp chuyển giao giữa các cell có tần số khác nhau thì sẽ phức

tạp hơn Về nguyên lý có thể trang bị cho thiết bị di động một mạch thu vô tuyến riêng cho việc tìm cell lân cận, tuy nhiên điều này sẽ làm tăng tính phức tạp đối với chế tạo thiết bị di động Vì thế có thể tạo ra các khoảng trống trong truyền dẫn số liệu để trong

đích đo đạc

Một yêu cầu cơ bản cho bất kỳ hệ thống tế bào nào là khả năng cho phép thiết bị

di động thiết lập một kết nối Điều này phục vụ hai mục đích chính trong LTE là việc

đối với cả hệ thống mạng và thiết bị đầu cuối [9]

bốn bước chính:

• Bước một: truyền dẫn phần mở đầu (preamble) truy cập ngẫu nhiên, cho phép eNodeB đánh giá định thời truyền dẫn của thiết bị đầu cuối Mục đích chính của việc

32

(cyclic prefix) đường lên Trong LTE, truyền dẫn phần mở đầu truy cập ngẫu nhiên được thực hiện trực giao với các truyền dẫn dữ liệu người dùng đường lên

nguồn tài nguyên đường lên đến thiết bị đầu cuối để được sử dụng trong bước tiếp theo Trong trường hợp mạng phát hiện ra có nhiều thử nghiệm truy cập ngẫu nhiên (từ các thiết bị di động khác nhau), các thông điệp đáp ứng riêng biệt của nhiều thiết bị di động có thể được kết hợp trong cùng một đường truyền dẫn

Đồng bộ thời gian đường xuống

Phần mở đầu truy cập ngẫu nhiên Đáp ứng truy cập ngẫu nhiên Điều chỉnh thời gian đường lên

Tín hiệu RRC Tín hiệu RRC

Dữ liệu người dùng

Hình 2.6: T ổng quan thủ tục truy cập ngẫu nhiên

33

• Bước ba: Nhận dạng đầu cuối Sau bước thứ hai, đường lên của thiết bị đầu cuối

đã được đồng bộ thời gian, tuy nhiên, trước khi dữ liệu người dùng có thể được truyền

giữa trạm phát và thiết bị di động, một nhận dạng duy nhất trong cell phải được ấn định đến thiết bị di động Một phần quan trọng của thông điệp đường lên là nhận dạng thiết

giải quyết tranh chấp trong bước bốn

• Bước bốn: Giải quyết tranh chấp Mạng truyền một thông điệp giải quyết tranh

sẽ so sánh với nhận dạng mà chúng đã phát trong bước ba Chỉ một thiết bị đầu cuối có được sự trùng nhau giữa nhận dạng được thực hiện trong bước bốn và nhận dạng đã phát đi trong bước ba mới thiết lập thủ tục truy cập ngẫu nhiên thành công

34

Như đã trình bày ở trên: Cấu trúc mạng LTE bao gồm ba nguyên tố chính: evolved-NodeB (eNodeB), Mobile Management Entity (MME) và Serving Gateway

gói [9]

tin từ mạng lõi, là thoại hoặc dữ liệu) là quá trình chuyển giao S1 và X2 Quá trình

trình chuyển giao cơ sở S1 được sử dụng cho thông tin với công nghệ truy cập đặc biệt

làm tăng độ trễ hệ thống) Do đó, chúng ta cần có một thuật toán chuyển giao hiệu quả

tối đa lưu lượng của mạng có thể được

Để thực hiện những yêu cầu trên nhiều thuật toán nhằm cải tiến hiệu suất chuyển giao đã được đưa ra và em sẽ đề cập đến sau đây

2.6 Các th ủ tục chính của một quá trình chuyển giao cơ bản

35

Có ba bước chính trong cả hai quá trình chuyển giao S1 và X2 là: bước chuẩn

động (UE) cần gửi báo cáo đo định kỳ tới eNodeB nguồn Dựa trên báo cáo này,

trước khi một tin nhắn điều khiển được gửi tới eNodeB đích để chuẩn bị cho việc thực

hiện chuyển giao Bằng việc nhận tin nhắn điều khiển yêu cầu chuẩn bị để chuyển giao, eNodeB đích sẽ chuẩn bị một bộ đệm cho UE

Khi bước chuẩn bị hoàn thành, một tin nhắn điều khiển lệnh chuyển giao sẽ được gửi từ eNodeB nguồn tới UE trong bước tiến hành để cảnh báo với UE rằng nó

đích Trong cùng thời gian eNodeB nguồn chuyển tiếp tất cả gói tin của UE tới

UE theo gói tin đến từ gateway cho UE Quá trình chuyển giao chuyển tới bước hoàn

rằng chuyển giao đã thành công

eNodeB khác nhau, với một số lượng các thiết bị di động (UEs) đang thực hiện kết nối trong từng cell

36

cell còn lại, mà chúng ta vẫn đặt lần lượt ở đây là cell nguồn và cell đích Thiết bị di động đang thực hiện chuyển giao sẽ được đánh dấu là UE như trong hình 2.7[8]

Các bước thực hiện chuyển trong quá trình chuyển giao được mô tả trong hình 2.8 Chi tiết quá trình như sau:

tin hệ thống, đặc điểm kỹ thuật v.v…

S-GW MME

P-GW Cell nguồn

Cell đích eNodeB

eNodeB

UE*

Hình 2.7: Mô hình h ệ thống

37

• eNodeB nguồn ra quyết định chuyển giao dựa trên các kết quả đo được và thông

thông tin cần thiết để chuẩn bị cho quá trình chuyển giao ở phía đích

• Điều khiển nhận (Admission control) có thể được thực hiện bởi các eNodeB đích phụ thuộc vào các thông tin QoS E-RAB nhận được để tăng khả năng thành công

• eNodeB đích chuẩn bị chuyển giao với lớp1/lớp2 (Layer1/Layer2) và gửi chấp

một tin nhắn RRC để thực hiện việc chuyển giao

• UE nhận tin nhắn cấu hình lại kết nối RRC (RRC connection-reconfiguration)

được điều khiển bởi các eNodeB nguồn để thực hiện chuyển giao

• Các eNodeB nguồn gửi tin nhắn thay đổi trạng thái SN (SN Status Transfer) đến enodeB đích để chuyển tải trạng thái nhận đường lên PDCP

38

UE

Gateway MME

đích nguồn

Điều khiển đo định kỳ

Gói dữ liệu

Chuyển tiếp dữ liệu Truyền trạng thái SN

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

Quyết định chuyển giao

Điều khiển chấp nhận chuyển giao Cấp đường DL

Giải phóng khỏi

cell cũ và đồng

bộ với cell mới

Phân phát bộ đệm và chuyển gói tin tới eNodeB đích

Buffer gói tin từ eNodeB nguồn Đồng bộ hóa

Chỉ định đường UL và TA cho UE Xác nhận chuyển giao

Yêu cầu chuyển đường truyền

Yêu cầu cập nhật người dùng

Chuyền đường DL Phản hồi cập nhật người dùng Phản hồi yêu cầu chuyển đường truyền

Chuyển giao thành công

Tiến hành chuyển giao

Hình 2.8: các th ủ tục trong một quá trình chuyển giao cơ bản

39

• Sau khi nhận được nhận được tin nhắn cấu hình lại kết nối RRC chứa thông tin điều khiển khả năng di động, UE thực hiện đồng bộ hóa với eNodeB đích và truy cập cell đích thông qua kênh truy cập ngẫu nhiên (RACH) Để tăng tốc độ quá trình chuyển giao eNodeB đích có thể chỉ rõ kênh truy cập ngẫu nhiên riêng được chứa trong tiêu đề

lệnh chuyển giao tới UE

• UE gửi tin nhắn báo hoàn thành cấu hình lại kết nối RRC (C-RNTI) để xác nhận

hoàn thành đối với UE Các eNodeB đích xác minh C-RNTI được gửi trong tin nhắn

• S-GW chuyển đường dữ liệu DownLink cho eNodeB đích S-GW gửi một hoặc

• Serving GW gửi 1 tin nhắn phản hồi update thông tin người dùng tới MME

• MME xác nhận tin nhắn chuyển đường (Path Switch message) với tin nhắn chấp

• Bằng việc gửi thông báo giải phóng thông tin UE, eNB đích thông báo đã

hành giải phóng các tài nguyên vô tuyến liên quan đến thông tin UE và có thể tiếp tục

thực hiện bất kỳ quá trình chuyển tiếp dữ liệu nào khác

2.7 Các x ử lý trong một quá trình chuyển giao

Một quá trình xử lý chuyển giao có thể được chia thành bốn phần cơ bản sau: đo lường, xử lý, báo cáo, và quyết định [8]