История развития 3 G-сетей в России началась с

История развития 3 G-сетей в России началась с конца 2006 года, когда Россвязь объявила о проведении конкурсов на получение трех лицензий для оказания услуг связи в стандарте UMTS (3 G). В апреле 2007 года лицензии были получены операторами «большой тройки» — «МТС» , «Мегафон» и «Вымпелком» (владеет брендом «Билайн» ). К этому времени стандарт 3 G уже активно использовался более чем в 70 странах мира, а 3 G-услуги были доступны, по меньшей мере, 300 млн. абонентов. Первым российским городом, где появилась сеть 3 G, стал Санкт. Петербург. В 2007 года компания «Мегафон» ввела в эксплуатацию фрагмент сети связи 3 G.

Архитектура 3 G-сетей (UMTS) Система UMTS использует ту же хорошо известную архитектуру, которая применяется во всех основных системах второго поколения и даже в некоторых системах первого поколения. Система UMTS состоит из ряда логических элементов сети, каждый из которых выполняет определенные функции. В стандартах элементы сети определяются на логическом уровне. По своим функциям элементы сети группируются в сеть радиодоступа (RAN, UMTS территориального уровня = UTRAN), которая оперирует всеми функциями, относящимися к радиосвязи, и в базовую сеть (CN), которая обеспечивает коммутацию и маршрутизацию вызовов и каналы передачи данных во внешние сети. Чтобы завершить систему, определяются оборудование пользователя (UE), которое взаимодействует с ним, и радиоинтерфейс(Uu).

Архитектура системы UMTS высокого уровня

UE и UTRAN содержат полностью новые протоколы, построение которых основано на потребностях новой технологии радиосвязи WCDMA. И наоборот, построение CN взято из GSM. Это дает системе с новой технологией радиосвязи глобальную базу из известной и испытанной технологии CN, что способствует ускорению ее внедрения и позволяет использовать такое замечательное преимущество, как глобальный роуминг.

Комбинированная архитектура сети GSM/UMTS

• • • UE состоит из двух частей: Подвижное оборудование (ME) – радиотерминал, используемый для радиосвязи через интерфейс Uu. Модуль идентификации абонента UMTS (USIM), представляющий собой интеллектуальную плату, которая служит идентификатором абонента, выполняет алгоритм аутентификации и шифрования и некоторые данные об услугах, которыми имеет право пользоваться абонент, необходимые при пользовании терминалом. UTRAN также состоит из двух элементов: Узел B преобразует поток данных между интерфейсами Iub и Uu. Он также участвует в управлении радиоресурсами. Контроллер радиосети (RNC) владеет и управляет радиоресурсами в своей области (к ней подключены узлы B). RNС представляет собой точку доступа к сервису для всех услуг, которые UTRAN предоставляет CN, например, управление соединениями с UE. Внешние сети можно разделить на две группы: Сети CS. Они обеспечивают соединения с коммутацией каналов, как это имеет место в существующей в настоящее время телефонной связи. Сети PS. Они обеспечивают соединения с коммутацией пакетов данных. Одним из примеров сети PS служит Интернет.

Оборудование пользователя (User Equipment) UE состоит из двух частей: • Подвижное оборудование (ME) - радиотерминал, используемый для радиосвязи через интерфейс Uu • Модуль идентификации абонента UMTS (USIM), представляющий собой интеллектуальную плату, которая служит идентификатором абонента, выполняет алгоритм аутентификации и шифрования и некоторые данные об услугах, которыми имеет право пользоваться абонент, необходимые при пользовании терминалом.

Node B (базовая станция) • Основная функция узла B состоит в осуществлении обработки на уровне L 1 в воздушном интерфейсе -канальное кодирование и перемежение, -адаптация скорости, -расширение спектра • Управление мощностью в внутреннем контуре. • Логически он соответствует базовой станции в системе GSM.

RNC (контроллер радиосети) представляет собой элемент, обеспечивающий управление радиоресурсами в UTRAN. Он сопрягается с базовой сетью, а также реализует протокол RRC (управления радиоресурсами), который определяет сообщения и процедуры между подвижной станцией и UTRAN. Логически он соответствует BSC (контроллеру базовой станции) в GSM.

Функции RNC • обеспечивает управление радиоресурсами в UTRAN. • сопрягается с CN (обычно с одним MSC и одним SGSN), • реализует протокол RRC (управления радиоресурсами), который определяет сообщения и процедуры между подвижной станцией и UTRAN. • логически он соответствует BSC (контроллеру базовой станции) в GSM.

MSC (центр коммутации подвижной связи) Функции MSC: • Обслуживает группу сот и обеспечивает все виды соединений в которых нуждается подвижная станция • Обеспечивает маршрутизацию вызовов и функции управления вызовами • Обеспечивает обслуживание подвижных абонентов • Накапливает данные по состоявшимся разговорам и передает их в биллинг-центр • Поддерживает процедуры безопасности, применяемые для управления доступами к радиоканалам

HLR (регистр домашнего местонахождения) HLR (регистр домашнего местонахождения, по месту регистрации) – это база данных, помещаемая в домашнюю систему абонента, которая хранит в памяти основной экземпляр профиля обслуживания абонента. Профиль обслуживания содержит информацию о предоставляемых ему услугах, запрещенных районах роуминга и дополнительную сервисную информацию. Профиль обслуживания создается, когда новый абонент прописывается в системе, и остается в памяти до тех пор, пока сохраняется эта прописка. Для маршрутизации входящих сообщений к UE, HLR также записывает данные о местоположении UE на уровне системы обслуживания.

VLR (регистр перемещения) С помощью VLR достигается функционирование подвижной станции за пределами зоны, контролируемой HLR. Функции VLR: • обеспечивает присвоение номера «блуждающей» подвижной станции • распределяет номера передачи управления при передаче соединений от одного MSC к другому • управляет распределением новых TMSI и передает их в HLR • управляет процедурами установления подлинности

SGSN (узел обслуживания абонентов GPRS) SGSN (Serving GPRS Support Node) — основной компонент GPRSсистемы по реализации всех функций обработки пакетной информации. SGSN можно назвать аналогом коммутатора MSC сети GSM. SGSN выполняет следующие функции: • контроль доставки пакетов данных пользователям; • взаимодействие с реестром собственных абонентов сети HLR или аутентификация; • мониторинг находящихся в режиме online пользователей; • преобразование кадров GSM в форматы, используемые протоколами TCP/IP глобальной компьютерной сети Internet; • регистрация или «прикрепление» (attachment) абонентов, вновь «появившихся» в зоне действия сети; • шифрование данных; • сбор поступающей биллинговой информации, пересылка её в главный офис.

GGSN (узел шлюзовой поддержки GPRS) GGSN - это шлюз между сотовой сетью (вернее, ее частью для передачи данных GPRS) и внешними информационными магистралями (Internet, корпоративными интернет-сетями, другими GPRS системами). Функции GGSN: • роутинг (маршрутизация) данных, идущих от и к абоненту через SGSN; • адресация данных; • динамическая выдача IP-адресов; • отслеживание информации о внешних сетях и собственных абонентах.

Основные интерфейсы системы • Интерфейс Сu. Это электрический интерфейс между интеллектуальной платой (смарт-карточкой) USIM (модуля идентификации абонента сети UM и ME. Интерфейс удовлетворяет формату стандарта для смарт-карточек. • Интерфейс Uu. Это радиоинтерфейс WCDMA. Интерфейс Uu - это интерфейс, через который UE получает доступ к стационарной части системы. • Интерфейс lu. Он соединяет UTRAN с CN. Подобно соответствующим интерфейсам в GSM, А (для коммутации каналов) и Gb (для коммутации пакетов), открытый интерфейс lu дает операторам UMTS возможность производить закупку UTRAN и CN у разных производителей. • Интерфейс lur. Открытый интерфейс lur позволяет осуществлять мягкий хэндовер между RNCs от различных производителей, и поэтому он дополняет открытый интерфейс lu. • Интерфейс lub соединяет узел В и RNC. UMTS является первой коммерческой системой подвижной телефонной связи, где интерфейс контроллер-базовая станция стандартизован как полностью открытый интерфейс.

Архитектура UTRAN

Сквозной канал (bearer)

Уровни управления в сети UMTS

Сквозные каналы в сети UMTS

Уровень доступа, уровень обслуживания и уровень приложения

Transport plane. Radio Interface Channel Organisation Logical Channels передают определенную (специфическую) информацию(содержание) и используются для строго определенных задач (system information, paging, user data, link management) Transport Channels предназначены для компоновки логических каналов в физическом канале Physical Channels (UARFCN, spreading code) Frames Iub interface

Transport plane. Iub and Iur interface

User Plane SAAL SSCOP AAL 5 CPCH FP DSCH D NBAP Transport Network User Plane Network Layer SSCF UNI FP PCH FP FACH C NBAP FP RACH FP DCH FP Radio Network Layer Protocol Structures for RNCs Logical Interfaces Radio Control Plane User Plane Network Iur Iub Layer Transport Network Control Plane Transport Network User Plane Q. 2630. 1 SSCF UNI SSCOP AAL 5 Transport Network Transport User Plane Network Layer SCCP Q. 2150. 2 SSCF UNI SSCOP AAL 5 AAL 2 DCH FP RNSAP SAAL Transport Network Control Plane Transport Network User Plane Q. 2630. 1 MTP 3 b SSCF NNI SSCOP AAL 5 Q. 2150. 1 AAL 2 ATM Physical Transmission layer Radio Control Plane Network RANAP Layer Transport Network User Plane Network Layer SCCP SAAL CCH FP User Plane Iu-CS Transport Network Control Plane MTP 3 b SSCF NNI SSCOP AAL 5 Q. 2630. 1 DCH FP CCH FP Transport Network User Plane Radio Control Plane Network RANAP Layer Transport Network Transport User Plane Network Layer Q. 2150. 1 AAL 2 SAAL Iu-PS Transport Network Control Plane User Plane Iu User Plane Protocol Transport Network User Plane SCCP MTP 3 b SSCF NNI SSCOP AAL 5 GTP U UDP IP AAL 5 ATM Physical Transmission layer Блок SAAL NNI (Signaling ATM Adaptation Layer Network Node Inter ace — слой адаптации ATM сигнализации для интерфейса узлов сети) используют f для управления, контроля и удаленной работы со статусом соединений. При этом перед запуском транспортной сети в эксплуатацию необходимо сконфигурировать сеть, используя PVC (постоянные виртуальные соединения). В блоке SAAL NNI объединены три подуровня: SSCF, SSCOP и AAL 5. SSCF (Service Specific Coordination Function протокол функции со гласования специальных услуг) уровень, который нужен для работы. SSCOP, SSCOP (Service Specific Connection Orient Protocol протокол для подключения специальных услуг)— содержит процедуры установления, ос вобождения соединений и обеспечения надежной передачи информации ме жду сигнальными элементами. Технологию AAL 5 (ATM Adaptation Layer 5 5 й уровень адаптации ATM) используют для согласования верхнего и нижнего слоев стека.

UTRAN function and interface summary

UMTS CN interface summary

Iu – интерфейс UTRAN-CN Интерфейс Iu соединяет UTRAN c CN (базовой станцией). Интерфейс Iu является открытым интерфейсом, который делит систему, ориентированную на радиосвязь UTRAN, и CN, которая оперирует коммутацией, маршрутизацией и управлением сервисом. Интерфейс Iu может иметь два различных варианта – Iu CS (Iu с коммутацией каналов) для соединения UTRAN с базовой сетью (CN) с коммутацией каналов (CS) и Iu PS (Iu с коммутацией пакетов) для соединения UTRAN с базовой сетью с коммутацией пакетов (PS). Первоначальной идеей при стандартизации была идея разработать только один интерфейс Iu, но затем было признано, что полностью оптимизированные средства передачи (транспортный протокол) плоскости пользователя для услуг CS и PS могут быть получены, если разрешены различные технологии передачи. Следовательно, плоскость управления транспортной сетью будет разной. Одной из основных установок при проектировании все еще остается установка на то, что плоскость управления должна быть одной и той же для Iu CS и Iu PS, и различия должны быть минимальными.

Интерфейс UMTS Iu является открытым логическим интерфейсом, который взаимосвязывает базовые сети UTRAN и UMTS (UCN). Cо стороны UTRAN интерфейс Iu завершается на RNC, а со стороны UCN - на U-MSC. Интерфейс Iu состоит из трёх разных плоскостей протоколов - радиосетевой плоскости управления (RNCP), транспортной сетевой плоскости управления (TNCP) и пользовательской плоскости (UP). RNCP выполняет следующие функции: - переносит информацию для общего управления операциями радиосети UTRAN. - переносит информацию для управления UTRAN в контексте каждого специфического вызова. - переносит сигнальные сообщения контроля пользовательских вызовов (CC) и управления мобильностью (MM). Плоскость управления обслуживает два сервисных домена в базовой сети, домен коммутации пакетов (PS), и домен коммутации каналов (CS).

Транспортная сетевая плоскость управления (TNCP) переносит информацию по управлению транспортной сетью, используемую в пределах UCN. Пользовательская плоскость (UP) переносит голос пользователя и информацию в виде пакетных данных. AAL 2 используется для следующих услуг: узкополосная передача речи (например, EFR, AMR); услуги неограниченной передачи цифровой информации (до 64 кбит/с, например, канал ISDN B); любую услугу со скоростью коммутации каналов от низкой до средней (например, современные услуги к/от PSTN/ISDN). AAL 5 используется для следующих услуг: передача данных с коммутацией пакетов не в реальном времени, и передача данных с коммутацией пакетов в реальном времени

Структура протокола Iu CS

Три плоскости в интерфейсе Iu используют общие средства передачи в режиме ATM, которые используются для всех плоскостей. Физический уровень представляет собой интерфейс с физической средой: волоконно-оптическими кабелями, радиоканалом или медным проводом. Реализация на физическом уровне может выбираться из большого ряда таких стандартных имеющихся на сегодняшний день технологий передачи, как, например, SONET, STMI или E 1. Пакет протоколов плоскости управления состоит из RANAP, наложенного на протоколы широкополосной SS 7 (системы сигнализации № 7). Применяются уровни в части сигнализации при управлении соединениями (SCCP), в части передачи сообщений (MTP 3 -b) и SAAL-NNI (уровень адаптации сигнализации ATM для интерфейсов сеть-сеть). Уровень адаптации сигнализации ATM для интерфейсов сеть-сеть затем делится по функциям координации, зависящим от сервиса (SSCF), протокол, ориентированный на установление соединений в зависимости от сервиса (SSCOP), и уровень 5 адаптации ATM (AAL 5). Уровни SSCF и SSCOP специально разработаны для передачи сигнализации в сетях ATM и обеспечивают такие функции, как управление соединениями для сигнализации. Уровень 5 адаптации ATM (AAL 5) используется для сегментирования данных в ячейках ATM.

Пакет протоколов плоскости управления транспортной сетью для интерфейса Iu CS

Протокол плоскости пользователя для интерфейса Iu представляет собой уровень радиосети плоскости пользователя с Iu. Он был определен с тем расчетом, чтобы он был как можно более независимым от области CN, для которой он используется. Назначение протокола плоскости пользователя состоит в том, чтобы передавать данные пользователя, относящиеся к RABs (широкополосные каналы доступа), через интерфейс Iu. Каждый RAB имеет собственный экземпляр протокола. Протокол выполняет либо полностью прозрачные операции, либо осуществляет формирование фреймов для сегментов данных пользователя и основную сигнализацию по управлению, используемую для инициализации и управления в реальном масштабе времени (в режиме online). Основываясь на этих позициях, протокол имеет два режима: - прозрачный - режим поддержки заранее определенных объемов данных SDU (служебный блок данных)

Прозрачный режим. В этом режиме работы протокол не выполняет никаких действий по управлению или формированию фреймов. Он применяется для RABs, которым не требуются такие функции, но которые предполагают полностью прозрачный режим работы. Режим поддержки заранее определенных объемов данных SDU. В этом режиме плоскость пользователя выполняет формирование фреймов из данных пользователя, разбиение на сегменты заранее определенного размера. Объемы SDU обычно соответствуют речевым фреймам AMR (адаптивного многоскоростного кодека) или размерам фреймов, полученных для скорости передачи вызова при передаче данных с коммутацией каналов. Кроме того, определяются процедуры управления инициализацией и скоростью передачи и определяются функции указания качества фрейма, например, на основе CRC радиоинтерфейса.

Структура протокола Iu PS

В протоколе Iu PS снова как к плоскости пользователя, так и к плоскости управления прикладывается общая транспортная среда ATM. Физический уровень такой же, как определен для Iu CS. Пакет протоколов плоскости управления опять состоит из RANAP и того же самого B-канала для сигнализации на основе широкополосной SS 7. Также в качестве варианта определяется Bканал сигнализации, основанный на IP. Для обоих вариантов обычно используется также уровень SCCP. B-канал сигнализации на основе IP состоит из M 3 UA (SS 7 MTP 3 – уровень адаптации пользователя), SCTP (простого протокола передачи управления), IP (интернетпротокола) и AAL 5, общего для обоих вариантов. Уровень SCTP специально разработан для передачи сигнализации в Интернет. Конкретные уровни адаптации определяются для различных видов протоколов сигнализации, например, M 3 UA для сигнализации на основе SS 7.

Плоскость управления транспортной сетью не прикладывается к Iu PS. Осуществление туннелирования GTP требует только идентификатора для туннеля и адресов IP в обоих направлениях и все это уже включено в сообщение назначения RANAP RAB (широкополосный канал с радиодоступом). Одни и те же информационные элементы, которые используются в Iu CS для адресации и идентификации сигнализации AAL 2, используются для данных плоскости пользователя в Iu CS. В плоскости пользователя с Iu PS мультиплексируются множественные потоки пакетированных данных на одном или на нескольких PVCs (предварительно определенные виртуальные соединения) уровня AAL 5. GTP-4 (часть плоскости пользователя протокола туннелирования GPRS) представляет собой уровень мультиплексирования, который обеспечивает тождественность каждого (отдельного) потока пакетированных данных. Каждый поток использует передачу без установления соединений UDP (дейтаграммный протокол пользователя) и IP.

Протокол RANAP – это протокол сигнализации в Iu, который содержит всю информацию управления, определенную для уровня радиосети. Функции RANAP реализуются с помощью различных элементарных процедур (EPs) RANAP. Каждая функция RANAP может потребовать выполнения одной или более EPs. Каждая EP состоит либо просто из сообщения с запросом (класс 2 EP), либо из пары соединений с запросом и ответом (класс 1 EP), либо из одного сообщения с запросом и одного и более ответных сообщений (класс 3 EP). Определены следующие функции RANAP: - Перемещение (переадресация). Эта функция оперирует как перемещением SRNS, так и жестким хэндовером, включая переход на другую систему к/от GSM: • перемещение SRNS: функции обслуживающего RNS переданы от одного RNS другому без изменения радиоресурсов или без прерывания потока данных пользователя. Предварительное условие для перемещения SRNS состоит в том, что все радиоканалы уже находятся в том DRNC, который намечен как объект, куда должно быть произведено перемещение. • жесткий хэндовер между RNS: используется для перемещения функций обслуживающего RNS от одного RNS на другой и для соответствующего изменения радиоресурсов с помощью хэндовера в интерфейсе Uu. Предварительным условием для жесткого хэндовера служит тот факт, что UE находится на предельной дальности и заданных ячеек.

- Освобождение Iu. Разъединяются все источники (канал сигнализации и плоскость U (пользователя)) от Iu с данного момента, относящиеся к указанному UE. Включается также случай инициализации от RAN. - Сообщение о неуспешно переданных. Эта функция позволяет CN обновлять записи с информацией от UTRAN, если часть переданных оказалась неуспешно переданной в UE. - Общее управление идентификацией (ID). При выполнении этой функции посылается постоянный идентификатор UE от CN в UTRAN с тем, чтобы разрешить координацию поискового вызова, возможно, из двух различных областей CN. - Поисковый вызов. Он используется CN для поиска запрашиваемого UE для UE, завершающего запрос на обслуживание, например, на речевой вызов. Поисковое сообщение посылается от CN в UTRAN с общим идентификатором UE (постоянный Id) и зоны поиска. UTRAN будет либо использовать имеющееся соединение для сигнализации, если оно существует, для передачи поискового вызова к UE, либо осуществлять широковещательную передачу поискового вызова в запрошенной зоне. - Управление слежением. CN может в интересах эксплуатации и обслуживания запросить UTRAN начать производить запись всех действий, связанных с конкретным соединением UE-UTRAN.

- Передача сигнализации UE-CN. Эта функция обеспечивает прозрачную передачу сигнализационных сообщений UE-CN - Управление режимом обеспечения безопасности. Используется для включения и выключения режима шифрования или проверки целостности (сохранности). - Управление перегрузкой. Используется для управления нагрузкой в интерфейсе Iu с целью недопущения перегрузки, обусловленной, например, перегрузкой процессора в CN или UTRAN. Используется простой механизм, который позволяет ступенчато уменьшать и восстанавливать нагрузку по сигналам таймера. - Сброс. Используется для очистки стороны CN или стороны UTRAN интерфейса Iu при ошибочных ситуациях. Один конец Iu может показать другому концу, что он восстанавливается после повторного запуска, и другой конец может убрать все ранее установленные соединения. - Сообщение о местоположении. Эта функция позволяет CN получать информацию о местоположении данного UE. Она включает в себя две элементарных процедуры: одну по управлению сообщениями о местоположении в RNC, а другую – по передаче фактического сообщения в CN.

Внутренние интерфейсы UTRAN – Интерфейс RNC-RNC (Iur) – Интерфейс RNC-узел B (Iub)

Интерфейс Iur и сигнализация RNSAP Хотя данный интерфейс первоначально предназначался для обеспечения мягкого хэндовера между RNC, в процессе разработки стандарта были добавлены еще некоторые функции, и сейчас интерфейс Iur обеспечивает четыре четко обозначенные функции: 1. 2. 3. 4. Поддержка основной мобильности пользователя в RNC Поддержка трафика по выделенному каналу Поддержка трафика по общему каналу Поддержка управления глобальными ресурсами.

Пакет протоколов Iur

Протокол сигнализации Iur (RNSAP, часть приложения RNS) разделяется на четыре разных модуля (в виде совокупности процедур). Как правило, оказывается возможным реализовать только часть из четырех функций в соответствии с установками оператора. Iur 1: поддержка основной мобильности пользователя в RNC Данная функция требует основного модуля сигнализации RNSAP. Это первый кирпич, закладываемый в построение интерфейсов Iur, он обеспечивает функции, необходимые пользователю при его перемещении между двумя RNCs, но не обеспечивает пользователю совершение трафика передачи данных. Если этот модуль не реализован, то интерфейс Iur, как таковой, не существует и единственной возможностью для пользователя, подключенного к UTRAN через RNSI, воспользовавшись ячейкой RNS 2, будет временное отключение от UTRAN (сброс соединения RRC). Функции, обеспечиваемые основным модулем Iur, включают: 1. Поддержка перемещения (смены местоположения) SRNC 2. Поддержка обновления зоны регистрации в UTRAN и в ячейках между RNCs (при смене RNCs) 3. Поддержка пакетной передачи поискового вызова между RNC 4. Сообщение об ошибках протокола

Iur 2: поддержка трафика по выделенному каналу Эта функция требует наличия модуля выделенного канала сигнализации RNSAP и позволяет осуществлять передачу трафика по выделенному каналу между двумя RNCs. Если даже первоначальная потребность в этой функции заключалась в поддержке состояния мягкого хэндовера между RNC, то теперь она позволяет устанавливать SRNC (обслуживающий RNC) на все время, когда пользователь занимает выделенные каналы (выделенные ресурсы на узле B), обычно все время, в течение которого пользователь имеет активное соединение в сети с коммутацией каналов. Эта функция требует также фреймового протокола плоскости пользователя для выделенного канала плюс протокола плоскости управления транспортной сетью (Q. 2630. 1), используемых для установления транспортных соединений (соединений AAL 2). Каждый выделенный канал передается по одному транспортному соединению за исключением назначенного DCH, используемого для получения неодинаковой защиты от ошибок в воздушном интерфейсе. Функции, обеспечиваемые модулем DCH Iur: 1. Установление, видоизменение и сброс выделенного канала в DRNC вследствие жесткого или мягкого хэндовера по использованию выделенного канала 2. Установление и сброс выделенных транспортных соединений через Iur 3. Передача транспортных блоков DCH между SRNC и DRNC 4. Управление радиоканалами в DRNS с помощью процедур измерений в выделенном канале и процедур регулирования мощности.

Iur 3: поддержка трафика по общему каналу Эта функция позволяет осуществлять операции с потоками данных, передаваемых по общему и совместно используемому каналам через интерфейс Iur. Она требует применения модуля общего транспортного канала протокола RNSAP и фреймового протокола общего транспортного канала (сокращенно называемого CCH FP). Необходим также протокол сигнализации Q. 2630. 1 плоскости управления транспортной сетью, если для сигнализации используются соединения AAL 2. Если данная функция не реализуется, то каждое обновление ячеек между RNC (при смене RNC) всегда будет запускать перемещение SRNC, т. е. обслуживающий RNC является всегда RNC, управляющий ячейкой, используемого канала. Функции, обеспечиваемые модулем общего транспортного канала через Iur: 1. Установление и сброс транспортного соединения через Iur для потоков данных по общему каналу 2. Разбиение уровня MAC на SRNC (MAC-d) и DRNC (MAC-c и MACsh). Реализация передачи данных по DL исходящему каналу осуществляется в DRNC 3. Управление потоком между MAC-d и MAC-sh.

Iur 4: поддержка глобального управления ресурсами Эта функция обеспечивает сигнализацию для поддержки расширения радиоресурсов и функций O&M через интерфейс Iur. Она реализуется с помощью глобального модуля протокола RNSAP и не требует никакого протокола плоскости пользователя, так как через интерфейс Iur передача данных пользователя не производится. Эта функция считается необязательной. Функции, обеспечиваемые глобальным модулем ресурсов: 1. Передачи данных измерений ячеек между двумя RNCs 2. Передача информации о синхронизации узла B между двумя RNC

Интерфейс RNC – узел B и сигнализация NBAP (Iub)

Логическая модель узла B Чтобы понять структуру интерфейса, необходимо кратко представить логическую модель узла B. Она состоит из общего порта управления (общего канала сигнализации) и ряда пунктов завершения трафика, каждый из которых управляется выделенным портом управления (выделенным каналам сигнализации). Один пункт завершения трафика управляет несколькими подвижными станциями, имеющими выделенные ресурсы на узле B, и соответствующий трафик передается через выделенные порты передачи данных. Общие порты передачи данных вне пунктов завершения трафика используются для передачи трафика RACH, FACH и PCH.

Отсутствует связь между пунктом завершения трафика и ячейками, т. е. один пункт завершения трафика может управлять несколькими ячейками, а одна ячейка может управляться более, чем одним пунктом завершения трафика. Сигнализация интерфейса Iub (NBAP, часть приложения узла B) делится на два важных компонента: общая NBAP, которая определяет процедуры сигнализации по общему каналу сигнализации, и выделенная NBAP, используемая в выделенном канале сигнализации. Фреймовые протоколы плоскости пользователя с Iub определяют структуры фреймов и основные процедуры управления в сети для каждого типа транспортного канала (т. е. для каждого типа порта передачи данных в этой модели). Для динамического управления соединениями AAL 2, используется сигнализация Q. 2630. 1.

Общая NBAP и логическая O&M Общие процедуры NBAP (C-NBAP) используются для сигнализации, которая не относится к конкретному контексту UE, уже существующему на узле B, в частности, C-NBAP определяет все процедуры для логической функции O&M (эксплуатации и обслуживания) узла B, например, для установления конфигурации и управления устранением неисправностей. Основные функциями общей NBAP являются: 1. Установление первого RL (радиоканала) для одного UE и выбор пункта завершения трафика 2. Конфигурирование ячеек 3. Оперирование каналами RACH/FACH и PCH 4. Инициализация конкретных измерений и сообщение о результатах измерений в ячейке или на узле B 5. Управление устранением неисправностей

Выделенная NBAP Когда RNC запрашивает первый радиоканал к одному из UE с помощью процедуры установления радиоканала C-NBAP, то узел назначает пункт завершения трафика для оперирования этим контекстом UE, и всякая последующая сигнализация, относящаяся к этой подвижной станции, состоит в обмене процедурами с выделенной NBAP (D-NBAP) через выделенный порт управления заданного пункта завершения трафика. Основными функциями выделенной NBAP являются: 1. 2. 3. 4. 5. Добавления, сброс и реконфигурация радиоканалов при взаимодействии с одним UE Оперирование выделенными и совместно используемыми каналами Управление полумягким объединением (сложением) Инициализация и сообщение о конкретных применениях в радиоканале Управление устранением неисправностей радиоканала.

Основы технологии LTE (4 G)

Рост использования широкополосного доступа

Цели разработки LTE - снижение стоимости передачи данных; - увеличение скорости передачи данных (в ранних реализациях должна составлять более 100 Мбит/с в нисходящем канале и более 50 Мбит/с в направлении от пользователя); - возможность предоставления большего спектра услуг по более низкой цене; - повышение гибкости использования уже существующих систем.

За счет чего получается такая скорость передачи данных? 3 G/UMTS 4 G/LTE технология разделения каналов CDMA OFDMA модуляция 16 QAM 64 QAM дополнительно - использование технологии MIMO

LTE в России • Диапазон 2, 3 -2, 4 ГГц подходит для строительства не только Wi. Max-сетей, но и сетей сотовой связи четвертого поколения в стандарте LTE. В апреле 2008 г. ГКРЧ решила выделять частоты в этом диапазоне без ограничений, но уже в январе 2009 г. приостановила рассмотрение заявок, так как этот ресурс был объявлен ограниченным; • В конце декабря 2010 г. Госкомиссия по радиочастотам (ГКРЧ) предложила четырем операторам — «Ростелекому» , МТС, «Мегафону» и «Вымпелкому» — создать открытый для всех заинтересованных лиц консорциум, чтобы выяснить, на каких частотах оптимально строить LTE-сети в России; • По условиям соглашения до 2014 года Yota должна строить сеть LTE на собственные средства. А «большая тройка» и «Ростелеком» станут на коммерческих условиях арендовать у Yota емкость построенной сети для предоставления своих услуг.

• Преимущества такого подхода казались несомненными. По словам гендиректора Yota Дениса Свердлова, его компания к 2014 году была готова построить сеть LTE в 180 городах России, потратив на это $2 млрд. Предполагалось, что эти затраты участники проекта возместят «Скартелу» путем оплаты за пользование сетью. При этом каждый из них сэкономит на капитальных вложениях по сравнению с тем, если бы строил сеть сам. В результате реализации проекта разрешался бы и вопрос о крайне дефицитных радиочастотах для LTE: очевидно, что легче их изыскать для одной сети, чем для трех–четырех, даже меньших по емкости.

• В 2012 г. число российских пользователей LTE может выразиться в числе 1 млн, а к 2015 г. способно достичь 13, 5 млн человек.

Архитектура сети LTE

Функциональные отличия сети LTE от сети UMTS 1. Базовые станции e. NB выполняют функции управления радиоресурсами (Radio Resource Management — RRM). 2. Сетевой элемент управления мобильностью ММЕ отвечает за пейджинг, аутентификацию и роуминг 3. Сетевой элемент плоскости пользователя SGW выполняет сжатие заголовков IP-протоколов, а также обеспечивает шифрование данных и NRT хендоверы.

Общая структура сети LTE • Сеть LTE состоит из двух важнейших компонентов: сети радиодоступа E-UTRAN и базовой сети SAE (System Architecture Evolution)

• Основными требованиями проекта 3 GPP к сети SAE были: максимально возможное упрощение структуры сети и исключение дублирующих функцийй сетевых протоколов, характерных для системы UMTS; • Сеть радиодоступа E-UTRAN рассмотрена в ряде технических спецификаций, согласно которым она состоит только из базовых станций e. NB (envolved Node B). Базовые станции e. NB являются элементами полносвязной сети E-UTRAN и соединены между собой по принципу <<каждый с каждый>> при помощи интерфейса X 2. Интерфейс X 2 поддерживает хендовер мобильного терминала в состоянии LTE_ACTIVE. Каждая базовая станция имеет интерфейс S 1 с базовой сетью SAE, построенной по принципу коммутации пакетов; • MME (Mobility Management Entity) отвечает за решение задач управления мобильностью обонентского терминала и взаймодействует с базовыми станциями e. NB сети E-UTRAN с помощью протоколов плоскости управления C-plane (итерфейс S 1 -C).

• UPE (User Plane Entity) отвечает за передачу данных пользователей согласно протоколам плоскости пользователя Uplane и взаимодействует с e. NB посредством интерфейса S 1 -U; • Сеть LTE имеет следующие функциональные отличия от сети UMTS: Базовые станции e. NB выпалняют функции управления радиоресурсами; Сетевой элемент управления мобильностью MME отвечает за распределение сообщений вызова (paging) к базовым e. NB; Сетевой элемент плоскости пользователя UPE выполняет сжатие заголовков IP-протоколов, шифрование пакетов данных при обеспечении мобильности пользователя. 1. 2. 3.

Архитектуры Сети E-UTRAN и SAE • (Inter Cell RRM) - эффективности использования частотного спектра и минимизации помехового взаимного влияния обоненстских терминалов и базовых станций; • (RB Control) - обесчивает устоновление, поддержание и освобождение радиоканалов передачи данных (Qos); • (Connection Mobility Control) - позвляет выбирать обслуживающую базовую станцию e. NB для мобильного терминала а также (хендовер);

• Одной из важнейших задач в сети LTE является максимально эффективное использование радиоресурсов; • Данная задача решается с помощью совкупности функций управления радиоресурсами RRM (управление радиоресурсами сети E-UTRAN, управление службой передачи данных в радиоканале, управление мобильностью, управление доступом, динамическое распределение ресурсов) и с помощью протокола управления радиоресурсами RRC. Требования к функциям управлению радиоресурсами приведены в NR 25. 913; • Управление радиоресурсами сети E-UTRAN (Inter Cell RRM) обеспечивает управление ресурсами группы сот в целях повышения эффективности использования частотного спектра и минимизации помехового взаимного влияния обоненстских терминалов и базовых станций, а также поддержку мобильности; • Управление службой передачи данных в радиоканале (RB Control), обесчивает устоновление, поддержание и освобождение радиоканалов передачи данных с заданными параметрами в сети E-UTRAN; • Управление мобильностью (Connection Mobility Control) позвляет выбирать обслуживающую базовую станцию e. NB для мобильного терминала.

• 1. 2. 3. 4. Поддержку мобильности обонентского терминала в сети SAE обеспечивает логический элемент ММЕ. Основными функциями ММЕ являются: управление мобильностью обонентского терминала; управление безопосностью мобильной связи (NAS Security), например аутентификацию пользователей, управление ключами шифрования данных; управление службой передачи данных сети SAE (SAE Bearer Control); Динамическое распределение ресурсов (Dynamic Resource Allocation; Scheduler) отвечает за планирование очередности передачи пакетов данных и позволяет динамически выделять и перераспределять ресурсы сети радиодоступа, включая ресурсы, мощность излучения базовых станций

Эталонная архитектура базовой сети SAE • SAE отличается от UMTS является максимально упрощенния структура и отсутствие дублирующих функций сетевых протоколов; • (HSS) - аутентификации и авторизации пользователей (интерфейс ААА); • PCRF - обеспечивающий управление устонавлением соединений с заданными параметрами Qo. S на основе политики сети и тарификацию.

• Первая версия архитектуры сети SAE представлена в технической спецификации 3 GPP TS 22. 978 <<Эволюция архитектуры системы>> (all-IP или AIPN – All over IP Network) и то обстоятельство, что доступ к базовой сети SAE может осуществляться как через сети радиодоступа второго и третьего поколений (например, сети UTRAN, GERAN), так и через сети радиодоступа неевропейских технологий, не стандартизированные проектом 3 GPP (сети не-3 GPP), например, сети IEEE: Wi-Fi, WIMAX, а также через сети, использующие проводные IP-технологии (например, сети ADSL+, FTTH и др. ).

• Основые интерфейсы сети SAE: • S 1 интерфейс, представляющий доступ к сети радиодоступа EUTRAN для передачи данных протоколов плоскостей пользователя и управления; • S 2 a - интерфейс между узлом IASA и фиксированными IP-сетями стандарта не-3 GPP; • S 3 - интерфейс между элементами MME/UPE и узлом SGS; • S 4 - интерфейс между узлом 3 GPP Anchor и узлом SGSN; • S 5 a - интерфейс между элементом MME/UPE и узлом 3 GPP Anchor; • S 5 b - интерфейс между узлами 3 GPP Anchor и SAE Anchor; • S 6 - интерфейс, обеспечивающий доступ к домашней базе данных пользователей (HSS) для аутентификации и авторизации пользователей (интерфейс ААА); • S 7 - интерфейс, обеспечивающий управление устонавлением соединений с заданными параметрами Qo. S; • SGi - интерфейс между узлом IASA и внешними сетями с

Вывод • В ближайшее время выпускать различные чипсеты, абонентские устройства с поддержкой LTE будут Siemens, Nokia, Samsung, ZTE, LG и еще 2 -3 компании. Компания Samsung уже представила N 150 - первый в мире LTE-нетбук, а также USB LTE -модем GT-B 3710. Компания LG собирается в 2011 г. выпустить Android-смартфон, предназначенный для работы в сетях LTE. Сейчас уже известно, что смартфон будет оборудован камерой, позволяющей делать снимки в HD-разрешении. В 2011 г. компания НТС также планирует выпустить свой LTE-смартфон. В Yota разрабатывают «yotafon» - устройство с сенсорным экраном, поддерживающее 2 G, 3 G и LTE. • Эксперты считают, что к 2015 г. четверть всех мобильных гаджетов будут поддерживать LTE. Количество абонентов, пользующихся данной технологией, увеличится до 400 млн. , а 15% доходов операторов сотовой связи будут приходиться на предоставление услуг, связанных с LTE.