Evoluția arhitecturii sistemului - System Architecture Evolution

Arhitectura sistemului Evolution ( SAE ) este arhitectura de rețea de bază de telefonie mobilă grup protocol de comunicare 3GPP e LTE standard de comunicație fără fir.

SAE este evoluția rețelei GPRS Core , dar cu o arhitectură simplificată; o rețea all-IP (AIPN); suport pentru rețele de acces radio (RAN) cu randament mai mare și cu latență mai mică ; și suport pentru și mobilitate între mai multe rețele de acces eterogene, inclusiv E-UTRA ( interfață aeriană LTE și LTE Advanced ) și sisteme vechi 3GPP (de exemplu GERAN sau UTRAN , interfețe aeriene ale GPRS și respectiv UMTS ), dar și non- Sisteme 3GPP (de exemplu Wi-Fi , WiMAX sau CDMA2000 ).

SAE Architecture

SAE are o arhitectură plană, complet IP, cu separarea planului de control și a traficului din planul utilizatorului.

Componenta principală a arhitecturii SAE este Evolved Packet Core ( EPC ), cunoscut și sub numele de SAE Core . EPC va servi ca echivalentul rețelelor GPRS (prin intermediul subcomponenților Mobility Management Entity , Serving Gateway și PDN Gateway ).

Evolved Packet Core (EPC)

Noduri și interfețe EPC

Subcomponenții EPC sunt:

MME (Entitate de gestionare a mobilității)

MME este nodul de control cheie pentru rețeaua de acces LTE. Este responsabil pentru procedura de paginare și etichetare a echipamentului utilizatorului (UE) în modul inactiv, inclusiv retransmisii. Este implicat în procesul de activare / dezactivare a purtătorului și este, de asemenea, responsabil pentru alegerea Serving Gateway pentru un UE la atașarea inițială și la momentul transferului intra-LTE care implică relocarea nodului Core Network (CN). Este responsabil pentru autentificarea utilizatorului (prin interacțiunea cu serverul de abonat la domiciliu ). De Non Access Stratum (SNC) se termină de semnalizare de la MME și este de asemenea responsabil pentru generarea și alocarea de identități temporare. UEs Verifică autorizația UE de a campa pe rețeaua mobilă publică (PLMN) a furnizorului de servicii și impune restricțiile de roaming ale UE. MME este punctul de terminare din rețea pentru cifrare / protecție a integrității pentru semnalizarea NAS și gestionează gestionarea cheilor de securitate. Interceptarea legală a semnalizării este, de asemenea, susținută de MME. MME oferă, de asemenea, funcția de plan de control pentru mobilitatea între rețelele de acces LTE și 2G / 3G, cu interfața S3 care se termină la MME din SGSN . MME termină, de asemenea, interfața S6a către HSS pentru UE roaming.

SGW (Serving Gateway)

Serving Gateway rutează și redirecționează pachetele de date ale utilizatorilor, acționând în același timp ca ancoră de mobilitate pentru planul utilizatorului în timpul transferurilor inter- eNodeB și ca ancoră pentru mobilitate între LTE și alte tehnologii 3GPP (terminarea interfeței S4 și reluarea traficului între 2G / 3G sisteme și pachetul de rețea de date Gateway). Pentru echipamentul utilizatorului în stare de repaus, Gateway-ul de servire termină calea de date a legăturii descendente și declanșează paginarea la sosirea datelor de legătură descendentă pentru echipamentul utilizatorului. Gestionează și stochează contexte UE, de ex. Parametrii serviciului purtător de IP, informații de rutare internă a rețelei. De asemenea, efectuează replicarea traficului utilizatorului în caz de interceptare legală.

PGW (pachetul de rețea de date Gateway)

Gateway-ul de rețea de pachete de date (PDN Gateway, de asemenea PGW) oferă conectivitate de la echipamentul utilizatorului (UE) la rețelele de date de pachete externe (PDN-uri), fiind punctul său de ieșire și de intrare a traficului. O parte din echipamentul utilizatorului poate avea conectivitate simultană cu mai multe gateway-uri de rețea de pachete de date pentru accesarea mai multor rețele de date de pachete. PDN Gateway efectuează aplicarea politicilor, filtrarea pachetelor pentru fiecare utilizator, asistență pentru încărcare, interceptare legală și screening pentru pachete. Un alt rol cheie al Gateway-ului de rețea de pachete de date este de a acționa ca ancoră pentru mobilitatea dintre tehnologiile 3GPP și non-3GPP, cum ar fi WiMAX și 3GPP2 (CDMA 1X și EvDO ).

HSS (Server de abonat la domiciliu)

Serverul de Abonat Domiciliu este o bază de date centrală care conține informații legate de utilizator și legate de abonament. Funcțiile HSS includ managementul mobilității, asistență pentru stabilirea apelurilor și sesiunilor, autentificare utilizator și autorizație de acces. HSS se bazează pe pre-Rel-4 Home Location Register (HLR) și Centrul de autentificare (AuC).

ANDSF (funcția de descoperire și selecție a rețelei de acces)

ANDSF furnizează informații către UE cu privire la conectarea la rețelele de acces non-3GPP (cum ar fi Wi-Fi) și 3GPP. Scopul ANDSF este de a ajuta UE să descopere rețelele de acces din vecinătatea lor și de a furniza reguli (politici) pentru a stabili priorități și a gestiona conexiunile la aceste rețele.

ePDG (Gateway de date pachet evoluat)

Funcția principală a ePDG este de a asigura transmiterea datelor cu un UE conectat la EPC prin acces neacredibil non-3GPP, de exemplu, VoWi-Fi. În acest scop, ePDG acționează ca un nod de terminare a tunelurilor IPsec stabilite cu UE.

Protocoale Non Access Stratum (NAS)

Protocoalele de strat non-acces (NAS) formează cel mai înalt strat al planului de control dintre echipamentul utilizatorului (UE) și MME. Protocoalele NAS acceptă mobilitatea UE și procedurile de gestionare a sesiunii pentru a stabili și menține conectivitatea IP între UE și un PDN GW. Acestea definesc regulile pentru o mapare între parametri în timpul mobilității inter-sistem cu rețele 3G sau rețele de acces non-3GPP. De asemenea, asigură securitatea NAS prin protecția integrității și cifrarea mesajelor de semnalizare NAS. EPS (Evolved Packet System) oferă abonatului o conectivitate IP „gata de utilizare” și o experiență „mereu pornită” prin conectarea între gestionarea mobilității și procedurile de gestionare a sesiunii în timpul procedurii de atașare UE.

Tranzacțiile NAS complete constau din secvențe specifice de proceduri elementare cu protocoale EPS Mobility Management (EMM) și EPS Session Management (ESM).

EMM (EPS Mobility Management)

Protocolul de gestionare a mobilității EPS (Evolved Packet System) (EMM) oferă proceduri pentru controlul mobilității atunci când echipamentul utilizatorului (UE) utilizează rețeaua de acces radio terestră UMTS (E-UTRAN). De asemenea, oferă controlul securității pentru protocoalele NAS.

EMM implică diferite tipuri de proceduri, cum ar fi:

Proceduri comune EMM - pot fi inițiate întotdeauna în timp ce există o conexiune de semnalizare NAS. Procedurile aparținând acestui tip sunt inițiate de rețea. Acestea includ realocarea GUTI, autentificarea, controlul modului de securitate, identificare și informații EMM.
Proceduri specifice EMM - specifice numai UE. În orice moment, poate rula doar o singură procedură specifică EMM inițiată de UE. Procedurile aparținând acestui tip sunt atașarea și atașarea combinată, detașarea sau detașarea combinată, actualizarea normală a zonei de urmărire și actualizarea combinată a zonei de urmărire (numai modul S1) și actualizarea periodică a zonei de urmărire (numai modul S1).
Proceduri de gestionare a conexiunii EMM - gestionați conexiunea UE cu rețeaua:
- Cerere de serviciu: inițiată de UE și utilizată pentru a stabili o conexiune sigură la rețea sau pentru a solicita rezervarea resurselor pentru trimiterea de date, sau ambele.
- Procedură de paginare: inițiată de rețea și utilizată pentru a solicita stabilirea unei conexiuni de semnalizare NAS sau pentru a solicita UE să se atașeze din nou, dacă este necesar, ca urmare a unei defecțiuni a rețelei.
- Transportul mesajelor NAS: inițiat de UE sau de rețea și utilizat pentru transportul mesajelor SMS .
- Transport generic de mesaje NAS: inițiat de UE sau de rețea și utilizat pentru transportul mesajelor de protocol din alte aplicații.

UE și rețeaua execută procedura de atașare, procedura implicită de activare a contextului purtătorului EPS în paralel. În timpul procedurii de atașare EPS, rețeaua activează un context implicit al purtătorului EPS. Mesajele de gestionare a sesiunilor EPS pentru activarea implicită a contextului purtătorului EPS sunt transmise într-un element de informații din mesajele de gestionare a mobilității EPS. UE și rețeaua completează procedura implicită de activare a contextului purtătorului EPS implicit și procedura de atașare înainte de finalizarea procedurii dedicate de activare a contextului purtătorului EPS. Succesul procedurii de atașare depinde de succesul procedurii implicite de activare a contextului purtătorului EPS. Dacă procedura de atașare eșuează, atunci eșuează și procedurile de gestionare a sesiunii ESM.

ESM (EPS Session Management)

Protocolul EPS Session Management (ESM) oferă proceduri pentru gestionarea contextelor purtătorului EPS. Împreună cu controlul purtătorului furnizat de Access Stratum , acesta asigură controlul purtătorilor de avion ai utilizatorului. Transmiterea mesajelor ESM este suspendată în timpul procedurilor EMM, cu excepția procedurii de atașare.

EPS Bearer: fiecare context EPS bearer reprezintă un purtător EPS între UE și un PDN. Contextele purtătorului EPS pot rămâne activate chiar dacă suporturile radio și S1 care constituie suporturile EPS corespunzătoare dintre UE și MME sunt eliberate temporar. Un context de purtător EPS poate fi fie un context de purtător implicit, fie un context de purtător dedicat. Un context implicit al purtătorului EPS este activat atunci când UE solicită o conexiune la un PDN. Primul context implicit al purtătorului EPS este activat în timpul procedurii de atașare EPS. În plus, rețeaua poate activa unul sau mai multe contexte dedicate purtătorului EPS în paralel.

În general, procedurile ESM pot fi efectuate numai dacă a fost stabilit un context EMM între UE și MME, iar schimbul sigur de mesaje NAS a fost inițiat de MME prin utilizarea procedurilor EMM. Odată ce UE este atașat cu succes, UE poate solicita MME să configureze conexiuni la PDN-uri suplimentare. Pentru fiecare conexiune suplimentară, MME activează un context de purtător EPS implicit separat. Un context implicit al purtătorului EPS rămâne activ pe toată durata de viață a conexiunii la PDN.

Tipuri de proceduri ESM: ESM implică diferite tipuri de proceduri, cum ar fi:

Proceduri de contexte purtător EPS - inițiate de rețea și sunt utilizate pentru manipularea contextelor purtător EPS, inclusiv activarea implicită a contextului purtător EPS, activarea contextului dedicat purtător EPS, modificarea contextului purtător EPS, dezactivarea contextului purtător EPS.
Proceduri legate de tranzacții - inițiate de UE pentru a solicita resurse, adică o nouă conexiune PDN sau resurse purtătoare dedicate sau pentru a elibera aceste resurse. Acestea includ procedura de conectivitate PDN, procedura de deconectare PDN, procedura de alocare a resurselor la purtător, procedura de modificare a resurselor la purtător.

MME menține informațiile de context EMM și de contextul purtătorului EPS pentru UE în statele ECM-IDLE, ECM CONNECTED și EMM-DEREGISTERED.

Stivă de protocol EPC

Protocoale MME (Mobility Management Entity)

Stiva de protocol MME constă din:

Stiva S1-MME pentru a suporta interfața S1-MME cu eNodeB
Stiva S11 pentru a suporta interfața S11 cu Serving Gateway

MME acceptă interfața S1 cu eNodeB. Stiva de interfață S1 MME integrată este formată din IP , SCTP , S1AP.

SCTP (Stream Control Transmission Protocol) este un protocol comun de transport care folosește serviciile Internet Protocol (IP) pentru a furniza un serviciu de livrare fiabil de date către modulele de adaptare, cum ar fi S1AP. SCTP oferă livrare fiabilă și secvențiată pe lângă cadrul IP existent. Principalele caracteristici furnizate de SCTP sunt:
- Configurarea asocierii : o asociere este o conexiune care este configurată între două puncte finale pentru transferul de date, la fel ca o conexiune TCP. O asociație SCTP poate avea mai multe adrese la fiecare capăt.
- Livrarea fiabilă a datelor : oferă date secvențiate într-un flux (eliminarea blocării capului de linie): SCTP asigură livrarea secvențiată a datelor cu fluxuri multiple unidirecționale, fără a bloca bucăți de date în altă direcție.
S1AP (S1 Application Part) este serviciul de semnalizare între E-UTRAN și Evolved Packet Core (EPC) care îndeplinește funcțiile interfeței S1, cum ar fi funcțiile de gestionare SAE Bearer, Funcția de transfer contextual inițial, Funcțiile de mobilitate pentru UE, Paginarea, Funcționalitatea de resetare, Funcția de transport a semnalizării NAS, Raportarea erorilor, Funcția de lansare a contextului UE, Transferul de stare.

MME acceptă interfața S11 cu Serving Gateway. Stiva de interfață S11 integrată este formată din IP , UDP , eGTP-C .

Protocoale SGW (Serving Gateway)

SGW constă din

Stiva planului de control S11 pentru a susține interfața S11 cu MME
Stocuri de control S5 / S8 și plan de date pentru a susține interfața S5 / S8 cu PGW
Stivă plan de date S1 pentru a sprijini interfața planului utilizator S1 cu eNodeB
Stiva planului de date S4 pentru a susține interfața planului utilizatorului S4 între RNC din UMTS și SGW din eNodeB
Sxa: de la 3GPP Rel.14, interfața Sx și protocolul PFCP asociat au fost adăugate la SGW, permițând separarea planului utilizatorului de control între SGW-C și SGW-U.

SGW acceptă interfața S11 cu MME și interfața S5 / S8 cu PGW. Stiva planului de control integrat pentru aceste interfețe constă din IP , UDP , eGTP-C .

SGW acceptă interfața S1-U cu eNodeB și interfața planului de date S5 / S8 cu PGW. Stiva planului de date integrat pentru aceste interfețe constă din IP , UDP , eGTP-U .

Interfețe principale pe care P-GW le partajează cu alte noduri EPC

Protocoale PGW (Packet Data Network Gateway)

Principalele interfețe acceptate de P-GW sunt:

S5 / S8: această interfață este definită între S-GW și P-GW. Se numește S5 când S-GW și P-GW sunt situate în aceeași rețea (scenariu non-roaming) și S8 când S-GW este situat în rețeaua vizitată și P-GW în rețeaua de domiciliu (roaming scenariu). Protocoalele eGTP-C și GTP-U sunt utilizate în interfața S5 / S8.
Gz: această interfață este utilizată de P-GW pentru a comunica cu sistemul de încărcare offline (OFCS), în principal pentru a trimite înregistrările de date de încărcare (CDR) ale utilizatorilor post-plătiți prin FTP .
Gy: această interfață este utilizată de P-GW pentru a comunica cu sistemul de încărcare online (OCS). P-GW informează sistemul de încărcare în timp real despre sarcina utilă a utilizatorilor preplătiți. Protocolul de diametru este utilizat în interfața Gy.
Gx: această interfață este utilizată de P-GW pentru a comunica cu funcția Policy and Charging Rules Function (PCRF) pentru a gestiona regulile Policy and Charging Rules (PCC). Aceste reguli conțin informații legate de tarifare, precum și parametri de calitate a serviciului (QoS) care vor fi utilizați în unitatea purtătorului. Protocolul de diametru este utilizat în interfața Gx.
SGi: această interfață este definită între rețelele P-GW și externe, de exemplu, acces la Internet, acces corporativ etc.
Sxb: de la 3GPP Rel.14, interfața Sx și protocolul PFCP asociat au fost adăugate la PGW, permițând separarea planului utilizatorului de control între PGW-C și PGW-U.

Suport pentru servicii de voce și SMS

EPC este o rețea de bază numai pentru pachete. Nu are un domeniu cu comutare de circuit , care este utilizat în mod tradițional pentru apeluri telefonice și SMS-uri .

Suport pentru servicii de voce în EPC

3GPP a specificat două soluții pentru voce:

IMS : O soluție pentru IMS Voice over IP a fost specificată în Rel-7.
Circuit-Switched fallback (CSFB) : pentru a efectua sau primi apeluri, UE își schimbă tehnologia de acces radio de la LTE la o tehnologie 2G / 3G care acceptă servicii cu comutare de circuit. Această caracteristică necesită acoperire 2G / 3G. Este necesară o nouă interfață (numită SG) între MME și MSC . Această caracteristică a fost dezvoltată în Rel-8.

Suport pentru servicii SMS în EPC

3GPP a specificat trei soluții pentru SMS:

IMS : O soluție pentru SMS peste IP a fost specificată în Rel-7.
SMS peste SG : această soluție necesită interfața SG introdusă în timpul lucrului pe CSFB. SMS-urile sunt livrate în Non Access Stratum prin LTE. Nu există nicio modificare inter-sistem pentru trimiterea sau primirea de SMS-uri. Această caracteristică a fost specificată în Rel-8.
SMS peste SGd : această soluție necesită interfața SGd Diameter la MME și livrează SMS în Stratum de non-acces prin LTE, fără a necesita semnalizarea completă nici a MSC moștenitor care face CSFB, nici a cheltuielilor generale asociate cu semnalizarea IMS și a purtătorului EPC asociat. management.

CSFB și SMS peste SG sunt văzute ca soluții intermediare, pe termen lung fiind IMS .

Rețele cu acces multiplu

UE se poate conecta la EPC utilizând mai multe tehnologii de acces. Aceste tehnologii de acces sunt compuse din:

Accesuri 3GPP : aceste tehnologii de acces sunt specificate de 3GPP . Acestea includ GPRS , UMTS , EDGE , HSPA , LTE și LTE Advanced .
accesuri non-3GPP : aceste tehnologii de acces nu sunt specificate de 3GPP . Acestea includ tehnologii precum cdma2000 , WiFi sau rețele fixe. 3GPP specifică două clase de tehnologii de acces non-3GPP cu mecanisme de securitate diferite:
- accesele de încredere , pe care operatorul de rețea le consideră de încredere dintr-un punct de securitate (de exemplu: o rețea cdma2000 ). Accesele non-3GPP de încredere accesează interfața direct cu rețeaua.
- accesuri de încredere , pe care operatorul de rețea nu le consideră de încredere dintr-un punct de securitate (de exemplu, o conexiune printr-un hotspot WiFi public). Accesele non-3GPP care nu sunt de încredere sunt conectate la rețea printr-un ePDG, care oferă mecanisme de securitate suplimentare ( tunelare IPsec ).

Depinde de operatorul de rețea să decidă dacă o tehnologie de acces non-3GPP este de încredere sau de încredere.

Este demn de remarcat faptul că aceste categorii de încredere / de încredere nu se aplică acceselor 3GPP.

Versiuni 3GPP

3GPP oferă standarde în versiuni paralele, care compun seturi consistente de specificații și caracteristici.

Versiune	Eliberată	Informații
Lansarea 7	2007 Q4	Studiu de fezabilitate pentru rețeaua All-IP (AIPN)
Lansarea 8	Q4 2008	Prima lansare a EPC . Specificații SAE: funcții de nivel înalt, suport pentru accesele LTE și alte accesuri 3GPP, suport pentru accesuri non-3GPP, mobilitate inter-sistem, Continuitate de apel vocal unic (SRVCC), CS de rezervă. Sistemul de avertizare împotriva cutremurelor și a tsunami-urilor (ETWS). Sprijinirea de Acasă Nod B / Acasă eNode B .
Lansarea 9	2009 Q4	Plan de control LCS pentru EPS . Suport pentru apeluri de urgență IMS prin GPRS și EPS . Îmbunătățirile aduse la Acasă Nod B / Acasă eNode B . Sistem de avertizare publică (PWS).
Lansarea 10	2011 Q1	Îmbunătățiri ale rețelei pentru comunicații de tip mașină. Diverse mecanisme de descărcare ( LIPA , SIPTO , IFOM ).
Lansarea 11	2012 Q3	Îmbunătățiri suplimentare pentru comunicațiile de tip mașină. Simularea USSD în IMS. Control QoS bazat pe limitele cheltuielilor abonaților. Îmbunătățiri suplimentare la LIPA și SIPTO. Continuitate apel video video unic (vSRVCC). Continuitate de apel vocal unic radio de la UTRAN / GERAN la HSPA / E-UTRAN (rSRVCC). Suport pentru interconectarea cu accesele Forumului în bandă largă .
Lansarea 12	2015 Q1	Funcționare îmbunătățită a celulelor mici, agregare a purtătorilor (2 purtători de legătură în sus, 3 purtători de legătură descendentă, agregare a purtătorilor FDD / TDD), MIMO (modelare canal 3D, formare fascicul de înălțime, MIMO masiv), introducere MTC - UE Cat 0, comunicare D2D, îmbunătățiri eMBMS.
Lansarea 13	2016 Q1	Introducere LTE-U / LTE-LAA, LTE-M, Formarea fasciculului de înălțime / MIMO completă, poziționare în interior, LTE-M Cat 1,4 MHz și Cat 200 kHz

Lecturi suplimentare

Vezi si

Referințe

Cartea albă LTE: „Evoluția pe termen lung (LTE): o prezentare tehnică” (PDF) . Motorola.
Cartea albă strategică: „Introducere în nucleul pachetelor evoluate” (PDF) . Alcatel-Lucent. Arhivat din original (PDF) la 26.05.2012. CS1 maint: parametru descurajat ( link )
Cartea albă tehnică: „Soluție de bază dezvoltată pentru pachete: inovație în nucleul LTE” (PDF) . Alcatel-Lucent. Arhivat din original (PDF) la 26.05.2012. CS1 maint: parametru descurajat ( link )
3GPP TS 32.240: Managementul telecomunicațiilor; Gestionarea tarifelor; Arhitectura și principiile de încărcare . portal.3gpp.org.

Languages

In other projects