Архитектура сети LTE

Сеть LTE состоит из двух важнейших компонентов: сети радиодоступа E-UTRAN и базовой сети SAE(System Architecture Evolution) или EPC(Evolved Packet Core Network). (Рис. 1)

 

 

Архитектура сети LTE

Рисунок 1. Архитектура сети LTE

Основным достижением такой архитектуры, по сравнению с предыдущими поколениями являются меньшие задержки при передаче как пользовательских данных, так и управляющей информации в связи с прохождением через меньшее число промежуточных элементов.

Обмен данными в сети EPC происходит только по IP протоколу с коммутацией пакетов, что существенно отличает сеть LTE от сетей предыдущих поколений, в которых использовалась коммутация каналов между отдельными элементами. В данную сеть входят элементы, отвечающие за управление, маршрутизацию, коммутацию и хранение различных данных, о которых далее будет рассказано более подробно.

Сеть E-UTRAN, состоящая из базовых станций(eNodeB) берет на себя функции радиоинтерфейса и является связующим звеном между пользовательскими терминалами(UE) и сетью EPC. Основной особенностью, отличающей сеть LTE от сетей других поколений, является то, что базовые станции eNodeB могут обмениваться между собой информацией по протоколу X2 и осуществлять функции управления. В отличие от стандарта GSM, где подсистема базовых станций BSS состояла из базового приемопередатчика BTS и контроллера базовых станций BSC в сети LTE в одном элементе eNodeB объеденены функции передатчика и контроллера.

В сети LTE существует два вида трафика: передача пользовательских данных(UP – User Plane) и передача сигнальной информации(CP – Control Plane). На рис.1 они обозначены сплошной и пунктирной линиями соответственно.

Назначение основных элементов сети

БС (EnodeB) в сети LTE выполняет следующие функций:

  • Управление радиоресурсами(RRM-Radio Resource Management): распределение радиоканалов, динамическое распределение ресурсов в восходящих и нисходящих направлениях — так называемое диспетчеризация ресурсов (scheduling).
  • Выбор блока управления мобильностью (MME) при включении в сеть пользовательского терминала при отсутствии у того информации о прошлом подключении.
  • Измерение и составление соответствующих отчётов для управления мобильностью и диспетчеризации.
  • Маршрутизация в пользовательской плоскости пакетов данных по направлению к обслуживающему шлюзу(S-GW).
  • Диспетчеризация и передача вызывной и вещательной информации, полученной от блока управления мобильностью(MME).
  • Диспетчеризация и передача сообщений PWS (Public Warning System, система тревожного оповещения), полученных от блока управления мобильностью(MME).
  • Сжатие заголовков IP-пакетов, шифрование потока пользовательских данных.

MME(Узел Управления Мобильностью — Mobility Management Entity)
Это основной управляющий элемент в сети LTE. Он осуществляе только функции управления и не работает с пользовательскими данными. Имеет непосредственную связь с UE через протокол сигнализации вне уровня доступа(NAS –Non Access Stratum ).

  • сигнализация между сетью EPC и UE.
  • сигнализация в случае если выполняет хэндовер между различными сетями.
  • выбор P- GW и S- GW
  • выбор SGSN в случае когда осуществляется хэндовер в сети 2G или 3G
  • роуминг
  • законный перехват сигнализации
  • аутентификация: при регистрации UE в сети MME сравнивает его постоянный регистрационный номер с номером находящемся в базе данных HSS(Home Subscription Server) для проверки его подлинности.
  • управление каналами на интерфейсах к другим элементам сети

S-GW(Serving Gateway — обслуживающий шлюз):
Предназначен для обработки и маршрутизации пакетных данных поступающих из/в подсистему базовых станций. SGW маршрутизирует и направляет пакеты с пользовательскими данными, в то же время выполняя роль узла управления мобильностью (mobility anchor) для пользовательских данных при хэндовере между базовыми станциями (eNodeB), а так же как узел управления мобильностью между сетью LTE и сетями с другими технологиями 3GPP. Когда UE свободен и не занят вызовом, S-GW подключает нисходящий канал данных (DownLink — DL) и производит пейджинг, если требуется передать данные по DL в направлении UE. Он управляет и хранит состояния UE (например требования по пропускной способности для IP-сервисов, внутреннюю информацию по сетевой маршрутизации). Он так же предоставляет копию пользовательских данных при узаконенном перехвате.

S-GW отвечает за выполнение следующих функций:

  • Выбор точки привязки (“якоря”) локального местоположения (Local Mobility Anchor) при хэндовере.
  • Буферизация пакетов данных в нисходящем направлении, предназначенных для UE, находящихся в режиме ожидания, и инициализация процедуры запроса услуги.
  • Санкционированный перехват пользовательской информации.
  • Маршрутизация и перенаправление пакетов данных.
  • отправляет различные события в PCRF (начало соединения, завершение соединения)
  • Формирование учётных записей пользователей и идентификатора класса качества обслуживания для тарификации.
  • Тарификация абонентов.

PGW (Пакетный шлюз — Packet Data Network Gateway):
Пакетный шлюз обеспечивает соединение от UE к внешним пакетным сетям данных, являясь точкой входа и выхода трафика для UE. UE может иметь одновременно соединение с более чем одним P-GW для подключения к нескольким сетям. PGW выполняет функции защиты, фильтрации пакетов для каждого пользователя, поддержку биллинга, узаконенного перехвата и сортирование пакетов. Другая важная роль P-GW — являться узлом управления мобильностью между 3GPP и не-3GPP технологиями, такими как WiMAX и 3GPP2 (CDMA 1X и EvDO).

P-GW обеспечивает выполнение следующих функций:

  • Фильтрация пользовательских пакетов.
  • Санкционированный перехват пользовательской информации.
  • Распределение IP-адресов для UE.
  • Маркировка пакетов транспортного уровня в нисходящем направлении.
  • Тарификация услуг, их селекция.

PCRF (Узел выставления счетов абонентам — Policy and Charging Rules Function):

Policy Function (управление политикой) также может быть разделено на 2 функции: контроль шлюза (gating control) и контроль качеством. Под контролем шлюза (gating control) понимается своевременность и безошибочность определения таких событий как начало предоставления, изменение параметров, завершение предоставления услуги и т.п. Управление качеством включает в себя непрерывный мониторинг и поддержание заданных абонентскими параметрами характеристик качества предоставления услуг (QoS) причем не только для голосовых соединений, но и для пакетных сессий.
Charging Function (управление начислением платы) обязательно предусматривает on-line тарификацию, т.е. абонент и оператор могут в реальном времени отслеживать состояние счета. PCRF должен поддерживать несколько моделей начисления платы: по предоставленному объему услуг, по затраченному на услугу времени, по факту предоставления услуги, а также комбинированные модели.

PCRF должен выполнять указанные выше функции даже когда абонент находятся за пределами операторской сети.

HSS (Home Subscriber Server — сервер абонентских данных сети):
HSS представляет собой большую базу данных и предназначен для хранения данных об абонентах. HSS фактически заменяет набор регистров (VLR, HLR, AUC, EIR), которые использовались в сетях 2G и 3G.

HSS служит для хранения следующей информации:

  • пользовательских идентификаторов, номеров и адресной информации
  • данные безопасности абонентов: информация для контроля доступа в сеть, аутентификации и авторизации
  • информация о местоположении абонента на межсетевом уровне, т.е. если даже абонент покинет текущую сеть LTE оператора, то в HSS сохранится информация о том в какую сеть он перешел для его поиска в случае входящего звонка
  • информация о профиле абонента

Генерирует данные, необходимые для осуществления процедур шифрования, аутентификации и т.п.
Сеть LTE может включать один или несколько HSS. Количество HSS зависит от географической структуры сети и числа абонентов.

Советую также прочитать статьи:

– Общие сведения о LTE

– Антенны базовых станций. Часть вторая

– Антенны базовых станций. Часть первая

Один комментарий от “Архитектура сети LTE

  1. «В отличии от конкурирующего стандарта WiMAX, LTE является дальнейшим развитием сетей UMTS (HSDPA/HSUPA). Поэтому операторам, уже имеющим развернутую инфраструктуру сетей UMTS, для перехода на LTE достаточно просто сменить программное обеспечение.»

    Сразу оговорюсь что я совсем не специалист, но, как мне кажется, для простой смены ПО уж слишком много изменений в архитектуре сети. Очень хотелось бы узнать подробнее об этом и обо всём что связано с хендоверами из/в сети GSM и 3G. Спасибо!

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *