E-UTRAN chỉ đơn giản là một mạng lưới của các eNodeB được kết nối tới các eNodeB lân cận với giao diện X2.. Một trong những thay đổi kiến trúc lớn là trong khu vực mạng lõi là EPC không
GIỚI THIỆU VỀ MẠNG 4G LTE
LTE là thế hệ thứ tư của chuẩn UMTS do 3GPP phát triển, kế thừa từ UMTS thế hệ ba dựa trên WCDMA đã được triển khai trên toàn cầu Để đảm bảo tính cạnh tranh cho công nghệ di động tương lai, vào tháng 11/2004 3GPP bắt đầu dự án Long Term Evolution (LTE) nhằm xác định bước phát triển lâu dài cho UMTS 3GPP đặt ra yêu cầu cao cho LTE, gồm giảm chi phí cho mỗi bit thông tin, cung cấp dịch vụ tốt hơn, linh hoạt khai thác các băng tần hiện có và băng tần mới, đơn giản hóa kiến trúc mạng với các giao tiếp mở và giảm đáng kể năng lượng tiêu thụ ở thiết bị đầu cuối.
LTE được thiết kế để cung cấp dịch vụ dữ liệu tốc độ cao với độ trễ thấp, tối ưu hóa các gói dữ liệu và hỗ trợ băng thông linh hoạt thông qua công nghệ vô tuyến khi triển khai Kiến trúc mạng LTE mới được thiết kế để tối ưu lưu lượng chuyển mạch gói, đồng thời đảm bảo di động linh hoạt, chất lượng dịch vụ cao và thời gian trễ tối thiểu.
Tăng tốc độ truyền dữ liệu LTE ở điều kiện lý tưởng bằng đường xuống đạt tới 326 Mb/s nhờ cấu hình 4x4 MIMO trong băng thông 20 MHz Đường lên (uplink) MIMO không được sử dụng ở phiên bản đầu tiên của chuẩn LTE, khiến tốc độ uplink tối đa chỉ đạt khoảng 86 Mb/s trong cùng 20 MHz băng thông Bên cạnh việc cải thiện tốc độ đỉnh, LTE còn tối ưu hiệu suất phổ, mang lại mức tăng từ 2 đến 4 lần so với hệ thống HSPA phiên bản 6.
Dải tần vô tuyến của hệ thống LTE được thiết kế linh hoạt với khả năng mở rộng từ 1.4 MHz lên tới 20 MHz và ngược lại, với các mức 1.4 MHz, 3 MHz, 5 MHz, 10 MHz, 15 MHz và 20 MHz để phù hợp với từng nhu cầu sử dụng Nhờ đó LTE tối ưu hoá băng thông và cung cấp sự linh hoạt cao khi triển khai ở các mức thông lượng khác nhau Mức công suất tăng ở băng tần cao, trong khi với một số ứng dụng chỉ cần băng tần vừa đủ thì khả năng đáp ứng vẫn đảm bảo hiệu suất ổn định.
LTE tối ưu hóa hiệu suất cho thiết bị đầu cuối khi di chuyển ở tốc độ 0–15 km/h, và vẫn duy trì hiệu suất cao ở 15–120 km/h dù có một mức giảm nhẹ Tại vận tốc trên 120 km/h, hệ thống vẫn duy trì kết nối trên toàn mạng tế bào, với khả năng hỗ trợ từ 120–350 km/h hoặc thậm chí lên tới 500 km/h tùy thuộc vào băng tần được sử dụng.
4- Giảm độ trễ trên mặt phẳng người sử dụng và mặt phẳng điều khiển :
Giảm thời gian chuyển đổi trạng thái trên mặt phẳng điều khiển là mục tiêu cốt lõi để một thiết bị đầu cuối (UE - User Equipment) từ trạng thái nghỉ nhanh chóng kết nối với mạng và bắt đầu truyền thông tin trên kênh truyền Quá trình này ảnh hưởng trực tiếp đến độ trễ và hiệu suất mạng, vì UE cần chuyển từ chế độ nghỉ sang chế độ hoạt động và thiết lập liên kết một cách tức thời Điều kiện thiết kế yêu cầu thời gian thiết lập và bắt đầu truyền thông tin phải ngắn hơn 100 ms để đảm bảo chất lượng dịch vụ và tối ưu hóa trải nghiệm người dùng.
Để giảm độ trễ ở mặt phẳng người dùng, mạng di động hiện đối diện với nhược điểm lớn là độ trễ đường truyền cao hơn nhiều so với mạng có dây cố định, ảnh hưởng đến các ứng dụng nhạy với thời gian thực như thoại và chơi game Mức độ trễ này khiến trải nghiệm người dùng kém và làm giảm hiệu suất ứng dụng đòi thời gian phản hồi nhanh Tuy nhiên, giao diện vô tuyến của LTE và các mạng không dây có thể cải thiện đáng kể thời gian đáp ứng, với độ trễ dưới 10 ms cho việc truyền một gói tin từ mạng tới thiết bị người dùng cuối.
5- Sẽ không còn chuyển mạch kênh: Tất cả sẽ dựa trên IP Một trong những tính năng đáng kể nhất của LTE là sự chuyển dịch đến mạng lõi hoàn toàn dựa trên IP, đánh dấu bước tiến quan trọng trong tối ưu hóa hiệu suất và khả năng mở rộng của hệ thống di động Việc loại bỏ chuyển mạch kênh cho phép phân phối lưu lượng bằng gói tin IP, giảm chi phí vận hành, nâng cao tính linh hoạt và tích hợp dễ dàng với các công nghệ mạng hiện đại Mô hình mạng lõi dựa trên IP của LTE còn cải thiện QoS và quản lý tài nguyên, đồng thời chuẩn hóa tiến trình chuyển giao sang các nền tảng di động thế hệ tiếp theo.
IP với giao diện mở và kiến trúc được đơn giản hóa là hướng đi cốt lõi, khi phần lớn công việc chuẩn hóa của 3GPP nhằm chuyển đổi kiến trúc lõi mạng hiện có sang hệ thống toàn IP EPC dựa trên các giao thức TCP/IP—giống như phần lớn mạng dữ liệu ngày nay—cho phép cung cấp các dịch vụ linh hoạt và sự liên thông dễ dàng với các mạng di động phi 3GPP và mạng cố định Việc chuyển sang kiến trúc toàn gói (toàn IP) không chỉ tăng cường sự phối hợp giữa các mạng truyền thông không dây và cố định mà còn cho phép cung cấp các dịch vụ thoại, video, tin nhắn và các dịch vụ đa phương tiện ở mức tương tự PC, với VoIP được sử dụng cho dịch vụ thoại.
Độ phủ sóng từ 5–100 km: Trong vòng bán kính 5 km, LTE tối ưu về lưu lượng người dùng, hiệu suất phổ và khả năng di động Phạm vi lên đến 30 km sẽ gây giảm nhẹ lưu lượng người dùng; hiệu suất phổ giảm đáng kể nhưng vẫn ở mức chấp nhận được và độ di động vẫn đáp ứng Dung lượng mạng trên mỗi ô vượt 200 người dùng (tương ứng với băng thông).
7- Kiến trúc mạng sẽ đơn giản hơn so với mạng 3G hiện thời: Tuy nhiên mạng
LTE có thể dễ dàng tích hợp với mạng 3G và 2G hiện có, mang lại quá trình triển khai linh hoạt và tiết kiệm chi phí cho nhà cung cấp dịch vụ viễn thông Việc tích hợp này giúp triển khai LTE mà không cần thay đổi toàn bộ cơ sở hạ tầng mạng đã có.
LTE sử dụng OFDMA, SC-FDMA và MIMO để hỗ trợ băng thông linh hoạt thông qua các sơ đồ truy nhập OFDMA và SC-FDMA, đồng thời tối ưu hóa khả năng phủ sóng và hiệu suất hệ thống Downlink dựa trên OFDMA, uplink dựa trên SC-FDMA giúp giảm PAPR và tăng hiệu quả truyền tải, đồng thời hệ thống hỗ trợ cả hai chế độ song công là FDD và TDD Trong đó, bán song công FDD được cho phép để giảm chi phí cho người dùng; khác với FDD đầy đủ, hoạt động bán song công FDD cho phép một UE không cần truyền và nhận đồng thời Truy nhập đường lên dựa trên SC-FDMA, phương thức truy nhập phân chia tần số đơn sóng mang, hứa hẹn tăng vùng phủ uplink nhờ tỷ số công suất đỉnh-trung bình (PAPR) thấp hơn OFDMA.
9- Giảm chi phí: Yêu cầu đối với hệ thống LTE là giảm thiểu chi phí mà vẫn duy trì hiệu suất phục vụ mọi dịch vụ Các yếu tố liên quan đến đường truyền, vận hành và bảo trì ảnh hưởng trực tiếp đến tổng chi phí, vì vậy việc tối ưu hóa không chỉ ở khía cạnh giao tiếp mà còn ở quá trình truyền tải dữ liệu đến các trạm gốc và hệ thống quản lý Đồng thời, yêu cầu về độ phức tạp thấp và thiết bị đầu cuối tiêu thụ ít năng lượng được xem là các yếu tố then chốt giúp giảm chi phí vận hành và tăng hiệu quả mạng LTE.
Cùng tồn tại với các chuẩn và hệ thống trước, LTE được thiết kế để tồn tại và phối hợp hoạt động với các hệ thống 3GPP khác Người dùng LTE có thể thực hiện các cuộc gọi từ thiết bị đầu cuối và thậm chí khi họ không ở trong vùng phủ sóng LTE, nhờ vậy dịch vụ có thể được chuyển giao một cách liên tục và trôi chảy trong khu vực phủ sóng của HSPA, WCDMA hay GSM/GPRS/EDGE Hơn nữa, LTE không chỉ hỗ trợ chuyển giao giữa các hệ thống mà còn chuyển giao liên miền giữa miền chuyển mạch gói và miền chuyển mạch kênh.
KIẾN TRÚC MẠNG VÀ GIAO THỨC
Kiến trúc mạng LTE
Có nhiều mục tiêu cho phát triển kiến trúc phẳng, với ngụ ý rằng kiến trúc này sẽ giảm độ trễ và cải thiện hiệu suất bằng cách giảm số nút tham gia Phát triển theo hướng này đã được bắt đầu từ phiên bản 7, với ý tưởng đường hầm trực tiếp cho phép mặt phẳng người dùng (UP) bỏ qua SGSN.
Hình 2.1 Phát triển kiến trúc 3GPP
Kiến trúc mạng LTE được thiết kế nhằm hỗ trợ lưu lượng chuyển mạch gói với tính di động linh hoạt, QoS và độ trễ tối thiểu Phương thức chuyển mạch gói cho phép hỗ trợ tất cả các dịch vụ, kể cả thoại, thông qua các kết nối gói Kết quả là một kiến trúc phẳng và đơn giản với hai loại nút chính: nút phát triển eNB và phần tử quản lý di động/cổng MME/GW Điều này hoàn toàn trái ngược với nhiều nút mạng trong kiến trúc mạng phân cấp của hệ thống 3G Một thay đổi lớn là phần điều khiển mạng vô tuyến (RNC) được loại bỏ khỏi đường dữ liệu và các chức năng của nó được tích hợp tại eNB Lợi ích của một nút truy cập duy nhất gồm giảm độ trễ và phân phối xử lý tải RNC cho nhiều eNB hơn Việc loại bỏ RNC khỏi mạng truy nhập có phần nào do LTE không hỗ trợ chuyển giao mềm.
1.1 Tổng quan về cấu hình kiến trúc cơ bản hệ thống
Hình 2.2 mô tả kiến trúc và các thành phần mạng trong cấu hình chỉ có một E-UTRAN tham gia, cho thấy sự phân chia kiến trúc thành bốn vùng chính: thiết bị người dùng (UE); mạng E-UTRAN (phát triển UTRAN); mạng lõi gói phát triển (EPC); và các vùng dịch vụ.
Hình 2.2 Kiến trúc và các thành phần mạng
UE, E-UTRAN và EPC đại diện cho các giao thức IP ở lớp kết nối, là một phần của hệ thống gói phát triển (EPS) Chức năng chính của lớp này là cung cấp kết nối dựa trên IP được tối ưu hóa cho mục tiêu duy nhất của mạng, với tất cả các dịch vụ được triển khai trên nền IP Trong kiến trúc 3GPP, các nút chuyển mạch và các giao diện vốn có trước đây không còn mặt ở E-UTRAN và EPC, do IP chiếm ưu thế trong truyền tải và mọi thành phần được thiết kế để hoạt động và truyền tải trên IP.
Các hệ thống con đa phương tiện IP (IMS) là một ví dụ điển hình về thiết bị phục vụ có thể được dùng trong lớp kết nối dịch vụ để cung cấp các dịch vụ dựa trên IP do các lớp thấp hơn hỗ trợ Ví dụ, IMS có thể hỗ trợ thoại qua IP (VoIP) và kết nối tới các mạng PSTN và ISDN truyền thống thông qua các cổng đa phương tiện được IMS điều khiển.
Sự phát triển của E-UTRAN tập trung vào một nút duy nhất là eNodeB, nơi hội tụ tất cả các chức năng vô tuyến và đóng vai trò là điểm kết thúc cho mọi giao thức vô tuyến liên quan E-UTRAN được hiểu là một mạng lưới các eNodeB kết nối với các eNodeB lân cận thông qua giao diện X2, cho phép trao đổi thông tin và phối hợp giữa các nút nhằm tối ưu hóa hiệu suất và dịch vụ vô tuyến.
Trong khu vực mạng lõi, EPC đại diện cho một thay đổi kiến trúc lớn khi nó không chứa vùng chuyển mạch và không cần kết nối trực tiếp tới các mạng chuyển mạch truyền thống như ISDN và PSTN ở tầng này Các chức năng của EPC được coi là tương đương với vùng chuyển mạch gói của mạng 3GPP hiện tại, tuy nhiên sự bố trí các nút chức năng và kiến trúc phần này đã được thiết kế lại hoàn toàn và được xem như một khởi đầu mới cho hệ thống mạng lõi.
Cả hai hình 2.1 và 2.2 cho thấy sự tồn tại của một thành phần gọi là SAE GW Như hình 2.2 cho thấy, SAE GW là sự kết hợp của hai cổng: cổng phục vụ (S-GW) và cổng mạng dữ liệu gói (P-GW), được định nghĩa cho các xử lý User Plane (UP) trong EPC Việc ghép chúng lại tạo thành SAE GW Cấu hình kiến trúc cơ bản của hệ thống và chức năng của SAE GW được ghi trong 3GPP TS 23.401.
1.2 Thiết bị người dùng ( UE)
UE (thiết bị người dùng) là thiết bị mà người dùng cuối sử dụng để liên lạc trong mạng di động Thông thường UE là các thiết bị cầm tay như điện thoại thông minh hoặc thẻ dữ liệu đang được sử dụng hiện nay trong mạng 2G và 3G, hoặc có thể được nhúng vào các thiết bị khác như máy tính xách tay UE chứa các mô-đun nhận dạng thuê bao toàn cầu USIM, một thành phần riêng biệt với phần còn lại của UE và thường được gọi là thiết bị đầu cuối (TE) USIM là một ứng dụng được cài trên thẻ SIM có thể tháo rời được gọi là thẻ mạch tích hợp toàn cầu (UICC) USIM được sử dụng để nhận dạng và xác thực người dùng nhằm lấy khóa bảo mật để bảo vệ việc truyền tải trên giao diện vô tuyến.
UE đóng vai trò nền tảng cho các ứng dụng truyền thông, chịu trách nhiệm trao đổi tín hiệu với mạng để thiết lập, duy trì và kết thúc các liên kết thông tin mà người dùng cần Các chức năng quản lý di động của UE bao gồm chuyển giao (handover) giữa các mạng và báo cáo vị trí thiết bị, và UE phải tuân thủ các hướng dẫn từ mạng Một chức năng cốt lõi khác là UE cung cấp giao diện người dùng cho người dùng cuối để các ứng dụng như VoIP có thể thiết lập cuộc gọi thoại.
Trong mạng E-UTRAN, nút duy nhất là E-UTRAN NodeB (eNodeB) Đơn giản, eNB là một trạm gốc vô tuyến chịu trách nhiệm kiểm soát tất cả các chức năng vô tuyến liên quan trong phần cố định của hệ thống Các trạm gốc như eNodeB được phân bố phổ biến trên toàn khu vực phủ sóng của mạng, và mỗi eNodeB thường cư trú gần các anten vô tuyến hiện có của nó để tối ưu hóa chất lượng kết nối và hiệu suất mạng.
Chức năng của eNodeB hoạt động như cầu nối giữa UE và EPC, là điểm cuối của tất cả các giao thức vô tuyến đối với UE và tiếp nhận dữ liệu giữa liên kết vô tuyến và các kết nối IP phía EPC; ở vai trò này, EPC thực hiện mã hóa/giải mã dữ liệu người dùng và nén/giải nén tiêu đề IP nhằm tối ưu hóa đường truyền và tránh gửi đi lặp lại dữ liệu trong tiêu đề IP eNodeB còn đảm nhận nhiều chức năng của mặt phẳng điều khiển (CP), đặc biệt là quản lý tài nguyên vô tuyến (RRM) bao gồm phân bổ tài nguyên theo yêu cầu, ưu tiên và lập lịch lưu lượng theo QoS, đồng thời liên tục giám sát tình hình sử dụng tài nguyên Thêm vào đó, eNodeB đóng vai trò quan trọng trong quản lý tính di động (MM), điều khiển eNodeB và đo đạc chất lượng tín hiệu vô tuyến từ UE, và trao đổi tín hiệu chuyển giao giữa các eNodeB với MME Khi một UE kích hoạt và kết nối vào mạng theo yêu cầu của eNodeB, eNodeB sẽ đề nghị MME đã phục vụ UE trước đó hoặc chọn một MME mới nếu tuyến đường đến MME trước đó không có sẵn hoặc thông tin định tuyến còn thiếu Hình 2.3 minh họa các kết nối giữa eNodeB và các nút logic, tóm tắt các chức năng chính trên giao diện này Các kết nối eNodeB có thể là một-một hoặc nhiều-nhiều; eNodeB có thể phục vụ đồng thời nhiều UE trong vùng phủ sóng, nhưng mỗi UE chỉ được kết nối tới một eNodeB tại một thời điểm và eNodeB phải thiết lập kết nối với các eNodeB lân cận trong quá trình chuyển giao.
Hình 2.3 Kiến trúc hệ thống cho mạng chỉ có E-UTRAN
MME (Mobility Management Entity) là thành phần điều khiển chính trong EPC, thường được triển khai trên một máy chủ an toàn đặt tại cơ sở của nhà điều hành Nó chỉ hoạt động ở mặt CP và không tham gia vào con đường dữ liệu UP Ngoài giao diện được thể hiện với MME trong hình 2.2, MME còn có một kết nối logic trực tiếp tới UE, và kết nối này được dùng làm kênh điều khiển chính giữa UE và mạng Trong cấu hình kiến trúc hệ thống cơ bản, MME đảm nhận các chức năng chính của hệ thống quản lý di động.
Xác thực và bảo mật: khi một UE đăng ký lần đầu vào mạng, MME khởi tạo xác thực bằng cách xác định danh tính thường trú của UE từ mạng truy nhập trước đó hoặc từ chính bản thân UE, yêu cầu từ HSS các lệnh xác thực chứa các tham số và thách thức, gửi thách thức tới UE và so sánh phản hồi nhận được với các đáp án đã có từ mạng chủ Chức năng này bảo vệ UE và MME có thể lặp lại xác thực khi cần thiết hoặc theo chu kỳ Các thao tác này giúp bảo vệ thông tin liên lạc khỏi nghe trộm và sự can thiệp của bên thứ ba trái phép Để bảo vệ sự riêng tư của UE, MME cấp cho mỗi UE một mã nhận dạng tạm thời toàn cầu gọi là GUTI, đồng thời giảm thiểu việc gửi IMSI qua giao diện vô tuyến; GUTI có thể được cấp lại định kỳ nhằm ngăn chặn theo dõi UE.
Quản lý di động (MME) theo dõi vị trí của tất cả UE trong khu vực phụ trách Khi một UE đăng ký vào mạng lần đầu, MME thiết lập lối vào cho UE và gửi vị trí tới HSS trong mạng lõi MME yêu cầu các tài nguyên cần thiết được thiết lập tại eNodeB và tại các S-GW mà nó chọn cho UE Các MME sau đó tiếp tục theo dõi vị trí của UE dựa trên phạm vi của eNB hoặc theo mức độ khu vực theo dõi (TA), miễn UE vẫn kết nối và truyền thông đang hoạt động MME điều khiển việc thiết lập và giải phóng tài nguyên dựa trên sự thay đổi trạng thái hoạt động của UE MME cũng tham gia điều khiển tín hiệu chuyển giao của UE giữa các eNB, S-GW hoặc MME Vì không có phần tử điều khiển mạng vô tuyến riêng biệt, MME tham gia vào mọi thay đổi của eNB và do đó nắm bắt hầu hết các sự kiện liên quan đến di động.
Các giao diện và giao thức trong cấu hình kiến trúc cơ bản của hệ thống 18
Hình 2.8 mô tả các giao thức CP liên quan tới kết nối của UE với một PDN Các giao thức từ một MME được trình bày ở hai phần: phần trên dành cho các giao thức hướng tới E-UTRAN và UE, phần dưới dành cho các giao thức hướng tới các cổng mạng Các giao thức nền trắng do 3GPP phát triển, còn các giao thức nền xám do IETF phát triển và đại diện cho các công nghệ mạng chuẩn được sử dụng cho truyền tải trong EPS 3GPP chỉ xác định cách thức sử dụng cụ thể các giao thức này.
Lớp trên cùng trong CP là các lớp không truy cập (NAS), bao gồm có hai giao thức riêng biệt được thực hiện truyền tải tín hiệu trực tiếp giữa UE mà MME Các giao thức lớp NAS :
1- Quản lý tính di động EPS ( EMM): các giao thức MME có trách nhiệm về điều khiển tính di động của UE trong hệ thống Nó bao gồm các chức năng kết nối vào và tách ra từ mạng, và thực hiện việc cập nhật vị trí Điều này được gọi là cập nhật khu vực theo dõi (TAU), và nó diễn ra trong chế độ nhàn dỗi Chú ý rằng các chuyển giao trong chế độ kết nối được xử lý bởi các giao thức lớp thấp hơn, nhưng cacs lớp EMM không bao gồm các chức năng tái kích hoạt các UE từ chế độ nhàn rỗi
Hình 2.8: Ngăn xếp giao thức mặt phẳng điều khiển trong EPS
Downloaded by Ninh Lê (ninhvaytiennhanh@gmail.com)
2- Quản lý phiên EPS ( ESM): Giao thức này có thể được sử dụng để điều khiển việc quản lý phần tử mang giữa UE và MME, và nó được sử dụng bổ sung cho E-UTRAN trong việc quản lý phần tử mang Lưu ý rằng sẽ không sử dụng các thủ tục ESM nếu tình trạng của các phần tử mang là đã có sẵn trong mạng lưới và quy trình E-UTRAN có thể chạy ngay lập tức -I- Điều khiển tài nguyên vô tuyến (RRC) : Giao thức này nhằm kiểm soát việc sử dụng nguồn tài nguyên vô tuyến Nó quản lý báo hiệu của UE và các kết nối dữ liệu, và nó cũng bao gồm các chức năng chuyển giao
3- Giao thức hội tụ dữ liệu gói ( PDCP): Các chức năng chính của PDCP là nén tiêu đề IP (UP), mã hóa và bảo vệ sự toàn vẹn ( chỉ với CP)
4- Điều khiển liên kết vô tuyến (RLC) : Giao thức RLC có trách nhiệm phân đoạn và ghép nối các PDCP-PDU để truyền cho giao diện vô tuyến Nó cũng thực hiện việc sửa lỗi với phương pháp yêu cầu truyền lại tự động (ARQ) 5- Điều khiển truy nhập môi trường (MAC) : Lớp MAC có trách nhiệm lập kế hoạch dữ liệu theo các ưu tiên và ghép kênh dữ liệu tới các khối truyền tải ở lớp
1 Lớp MAC cũng cung cấp việc sửa lỗi với HARQ
6- Lớp vật lý (PHY) : Đây là lóp 1 của giao diện vô tuyến LTE-UU nó có các chức năng giống như của DS-CDMA
7- Trong EPC c ó hai giao thức khác cho giao diện S5/S8 Các giao thức sau có liên quan khi GTP được sử dụng trong S5/S8 :
❖ Mặt phẳng điều khiển giao thức đường hầm GPRS ( GTP-C) : Nó quản lý các kết nối UP trong EPC Nó bao gồm báo hiệu QoS và các thông số khác Nếu GTP được sử dụng trong giao diện S5/S8 thì nó còn quản lý các đường hầm GTP-U GTP-C cũng thực hiện các chức năng quản lý di động trong EPC Như việc khi các đường hầm GTP-U của một UE cần phải được chuyển từ một nút tới một nút khác
Truyền tải UDP-IP là sự kết hợp giữa giao thức dữ liệu đơn vị (UDP) và IP, được sử dụng như một phương thức truyền tải IP căn bản và tiêu chuẩn trên mạng UDP được chọn thay cho TCP khi các lớp ở trên có thể cung cấp sự tin cậy và cơ chế khắc phục lỗi ở chính tầng ứng dụng, cho phép truyền tải nhanh với độ trễ thấp và chi phí xử lý tối thiểu Các gói tin IP có thể được gửi qua UDP hoặc TCP tùy thuộc vào yêu cầu về hiệu suất và mức độ tin cậy của ứng dụng.
EPC có thể được vận chuyển trên một loạt các công nghệ ở lớp 1 và lớp 2
2.1 Các giao thức sau được sử dụng khi S5/S8 dựa trên PMIP
❖ IP di động ủy nhiệm (PMIP) : PMIP là giao thức khác cho giao diện
Downloaded by Ninh Lê (ninhvaytiennhanh@gmail.com)
Chuẩn S5/S8 duy trì quản lý tính di động nhưng không bao gồm các chức năng quản lý phần tử mang Tất cả lưu lượng thuộc một kết nối của UE với một PDN riêng đều được xử lý như nhau.
❖ IP : PMIP chạy trực tiếp trên IP, và nó được sử dụng như là truyền tải IP tiêu chuẩn
Hình 2.9 minh họa cấu trúc UP dành cho UE kết nối với P-GW Trong sơ đồ này, UP được thể hiện như tập hợp các lớp của người dùng IP ở phía cuối mạng, tức là các giao thức hình thành lớp 2 và chịu trách nhiệm vận chuyển các gói tin giữa UE và mạng lõi thông qua P-GW.
IP được chuyển tới người dùng cuối, và cấu trúc giao thức tương tự CP cho thấy toàn bộ hệ thống được thiết kế để vận chuyển dữ liệu gói ở mức tổng quát Cả tín hiệu CP và dữ liệu UP cuối cùng đều là dữ liệu gói, chỉ khác nhau ở kích thước.
Hình 2.9: Ngăn xếp giao thức mặt phẳng người dùng trong EPC
Hầu hết các giao thức được đưa ra đã được nêu ở trên, ngoại trừ hai điều sau được lựa chọn trong bộ giao thức của giao diện S5/S8:
1- Mặt phẳng người dùng giao thức đường hầm GPRS ( GTP-U) : GTP-U được sử dụng khi S5/S8 là dựa trên GTP Dạng thức của GTP-U đó là đường hầm GTP-U được dùng để gửi các gói tin của người dùng IP cuối về một mang chuyển EPS Nó được sử dụng trong giao diện S1-U và sử dụng trong S5/S8 nếu CP sử dụng GTP-C
2- Đóng gói định tuyến chung ( GRE): GRE sử dụng giao diện S5/S8 kết họp với
PMIP là một kiến trúc mạng di động trong đó GRE (Generic Routing Encapsulation) được xem như một phương thức đóng gói dữ liệu Dạng thức này tạo thành một đường hầm IP (IP-in-IP tunnel) để vận chuyển toàn bộ dữ liệu thuộc về một kết nối của UE tới một PDN cụ thể Nhờ đường hầm GRE, mọi gói tin liên quan đến kết nối của UE được đóng gói và định tuyến qua đường hầm tới PDN mục tiêu, giúp tối ưu hóa quản lý lưu lượng và đảm bảo tính di động của UE trong mạng.
GRE là chạy trực tiếp trên IP và UDP là không sử dụng
Hình 2.10 minh họa cấu trúc giao thức giao diện X2, mà tương tự như của giao diện S1 Chỉ có giao thức ứng dụng CP là khác nhau
Downloaded by Ninh Lê (ninhvaytiennhanh@gmail.com)
Hình 2.10: Các ngăn xếp giao thức mặt phẳng điều khiển và mặt phẳng người dùng cho giao diện X2
Giao diện X2 được dùng khi di chuyển giữa các eNodeB, cho phép kết nối nhanh chóng và liền mạch giữa các tế bào X2AP bao gồm các chức năng để chuẩn bị chuyển giao và duy trì liên kết toàn diện giữa các eNodeB lân cận, đảm bảo quá trình handover diễn ra ổn định Giao diện User Plane (UP) trên X2 được dùng để chuyển tiếp dữ liệu tạm thời trong quá trình chuyển giao, khi liên kết vô tuyến phía nguồn đã bị ngắt và phía đích chưa được tái kết nối Chuyển tiếp dữ liệu chủ yếu áp dụng cho dữ liệu xuống (downlink), trong khi dữ liệu lên (uplink) có thể được UE điều chỉnh hiệu quả.
Bảng 2.1 tóm tắt các giao thức và giao diện trong cấu hình kiến trúc hệ thống cơ bản
Bảng 2.1 Các giao thức và giao diện LTE
Downloaded by Ninh Lê (ninhvaytiennhanh@gmail.com)
2.2 QoS và kiến trúc dịch vụ mang chuyển
Các ứng dụng như VoIP, duyệt Web, thoại video và phát video trực tuyến (video streaming) có nhu cầu QoS đặc biệt Do đó, một đặc điểm quan trọng của bất kỳ mạng dựa trên đóng gói nào là cung cấp cơ chế QoS cho phép phân biệt các luồng gói tin dựa trên nhu cầu QoS Trong EPS, luồng QoS được gọi là EPS bearer và được thiết lập giữa UE và P-GW (Packet Data Network Gateway).
Hình 2.11 Kiến trúc dịch vụ mang truyền EPS