1. Взаимодействие сети LTE с другими сетями стандартов 3GPP

Важной задачей, возникающей при взаимодействии сети LTE с сетями мобильной связи стандартов 3GPP (далее сети 3GPP), является поддержка мобильности терминала при его перемещении из зоны обслуживания одной сети в зону обслуживания другой.

Алгоритмы взаимодействия сети LTE с сетями 3GPP можно классифицировать следующим образом:

- алгоритмы обеспечения дискретной мобильности (роуминга);

- алгоритмы обеспечения непрерывной мобильности (хэндовера).

Упрощенная схема сети LTE при ее взаимодействии с доменом пакетной коммутации (PS-доменом) других сетей 3GPP согласно технической спецификации 3GPP TS 23.401 показана на рис. 3.1. В качестве сетей радиодоступа на рисунке используются сети GERAN. UTRAN и E-UTRAN. Детализированная схема совмещенной сети GERANAJMTS/LTE приведена в Приложении 1. Отметим, что на практике сетевые элементы (сервисный узел SGSN. обслуживающий шлюз S-GW и шлюз пакетной коммутации P-GW) конструктивно могут быть совмещены.

Рис. 3.1 Схема взаимодействия сети LTE с PS-доменом других сетей 3GPP

На рис. 3.1 под PSS (PSTN/ISDN Simulation Services) понимается имитация (симуляция) программно-аппаратными средствами IP-сетей услуг телефонной связи, аналогичных услугам, поддерживаемым в сетях ТфОП на базе технологии коммутации канатов.

Согласно схеме рис. 3.1 основными интерфейсами взаимодействия сети LTE с сетями 3GPP (GERAN/UMTS) являются интерфейсы S3. S4 и S12. Интерфейсы S3 и S4 обеспечивают взаимодействие логического элемента управления мобильностью ММЕ и шлюза S-GW сети LTE с сервисным узлом SGSN сетей 3G с помощью туннельного протокола GTP (GPRS Tunnelling Protocol). Вторая версия протокола GTP (GTPv2) разработана с учетом особенностей построения базовой сети SAE (ЕРС). Интерфейс S12 по своему назначению аналогичен интерфейсу Gn между сервисным узлом SGSN и шлюзом GGSN сети GPRS.

Протокол GTP подразделяется на два вида: протокол передачи данных плоскости управления (GTP-C) и протокол передачи данных плоскости пользователя (GTP-U). Протокол GTPv2-C (техническая спецификация 3GPP TS 29.274) используется на интерфейсах S3 и S4 для поддержки мобильности терминала в сетях GERAN/LTE/UMTS. Протокол GTPvl-U (техническая спецификация 3GPP TS 29.281) используется на интерфейсах S4 и S12 для передачи данных пользователя с помощью туннелей.

Сервисный узел SGSN сети GERAN/UMTS при взаимодействии с сетью LTE выполняет следующие основные функции:

- выбор логического элемента ММЕ и взаимодействие с ним для поддержки мобильности терминала (например, регистрации мобильности терминала в сети GERAN/UMTS; обновления зон местоположения мобильного терминала (Routing Area Update - RAU); хэндовера в сети GERAN/UMTS со сменой узла SGSN и шлюза S-GW; хэндовера со сменой технологии сети доступа (Inter-RAT Handover));

- выбор и взаимодействие со шлюзами S-GW и P-GW для поддержки мобильности терминала и передачи данных пользователей (реализация функций элемента ММЕ).

Шлюз S-GW сети LTE при взаимодействии с сетью GERAN/UMTS обеспечивает выполнение следующих основных функций:

- взаимодействие с сервисным узлом SGSN для поддержки мобильности терминала;

- маршрутизация и передача трафика пользователя между узлом SGSN и шлюзом P-GW;

- управление качеством передачи данных по методу DiffScrv и маркировка пакетов данных в соответствии с индикатором качества QCI.

Элемент ММЕ сети LTE при взаимодействии с сетью GERAN/UMTS обеспечивает выполнение следующих основных функций:

- выбор узла SGSN и взаимодействие с ним для поддержки мобильности терминала:

- аутентификация и авторизация пользователей.

Упрощенная схема взаимодействия сети LTE с доменом пакетной коммутации (PS-доменом) других сетей 3GPP в условиях роуминга показана на рис. 3.2. Как видно из рисунка, в условиях роуминга шлюзы S-GW и P-GW взаимодействуют друг с другом по интерфейсу S8, а не S5, как показано на рис. 3.1.

На рис. 3.2 приведен пример схемы взаимодействия с терминацией трафика пользователей в домашней сети посредством интерфейса SGi. Другие варианты схемы подразумевают терминацию трафика пользователей в визитной сети (рис. 3.3), а также возможность предоставления услуг с использованием ресурсов (например, подсистемы IMS) визитного оператора (рис. 3.4).

В схеме, показанной на рис. 3.3, используется шлюз P-GW визитной сети. При этом управление доступом к услугам и тарификация осуществляются согласно «политикам» модуля V-PCRF визитной сети, взаимодействующего с модулем H-PCRF домашней сети по интерфейсу S9.

Рис. 3.2 Схема взаимодействия сети LTE с PS-доменом других сетей 3GPP в условиях роуминга

Рис. 3.3 Схема взаимодействия сети LTE с PS-доменом других сетей 3GPP в условиях роуминга и терминации трафика в визитной сети

На рис. 3.4 взаимодействие с сервисными платформами оператора визитной сети (например, подсистемой IMS) реализуется модулем V-PCRF по интерфейсу Rx.

Взаимодействие сети LTE с другими сетями 3GPP для оказания традиционных услуг телефонии выполняется в соответствии со схемой организации голосовых вызовов SRVCC, представленной в технической спецификации 3GPP TS 23.216 (рис. 4.5). Согласно данной схеме голосовые вызовы в сетях 3GPP могут осуществляться с помощью как традиционной технологии коммутации каналов (TDM), так и технологии коммутации пакетов на базе сервисной подсистемы IMS.

Взаимодействие логического элемента ММЕ с сервером MSC при осуществлении хэндовера голосовых вызовов из сети LTE в традиционный домен коммутации каналов (CS-домен) другой сети 3GPP происходит с помощью интерфейса Sv, представленного в технической спецификации 3GPP TS 29.280.

Рис. 3.4 Схема взаимодействия сети LTE с PS-доменом других сетей 3GPP в условиях роуминга, терминации трафика и использования сервисных платформ в визитной сети

Рис. 3.5 Схема организации голосовых вызовов SRVCC при взаимодействии сети LTE с другими сетями 3GPP

Взаимодействие логического элемента ММЕ с узлом SGSN при осуществлении хэндовера голосовых вызовов из сети LTE в PS-домен другой сети 3GPP выполняется с помощью рассмотренного в гл. 2 интерфейса S3.

2. Принципы взаимодействия сети LTE с сетями стандартов не-3GPP на основе IP-протоколов управления мобильностью

Алгоритмы взаимодействия сети LTE с сетями стандартов He-3GPP (далее сети ne-3GPP) можно разделить на алгоритмы взаимодействия с сетями с гарантированной безопасностью - «надежными» (trusted) и алгоритмы взаимодействия с сетями с негарантированной безопасностью - «ненадежными» (non-trusted). В качестве надежных сетей могут выступать присоединенные сети других стандартов (например, сети cdma2000. WiMAX), в качестве ненадежных - публичные IP-сети Интернет. Взаимодействие сети LTE с надежными сетями стандартов He-3GPP осуществляется посредством шлюза P-GW, взаимодействие с ненадежными сетями - посредством шлюза ePDG.

Алгоритмы взаимодействия сети LTE с сетями He-3GPP можно классифицировать по состояниям мобильного терминала на алгоритмы, обеспечивающие:

- поддержку работы мобильного терминала в состоянии IDLE;

- поддержку работы мобильного терминала в состоянии CONNECTED.

Поддержка гетерогенными сетями состояния мобильного терминала

CONNECTED обеспечивает так называемую непрерывную мобильность терминала. поддержка состояния IDLE - дискретную мобильность терминала. Непрерывная мобильность терминала реализована в виде процедур хэндовера; дискретная мобильность - в виде процедур поддержки роуминга. Рассмотренные виды мобильностей в гетерогенных сетях применимы только к мобильным терминалам, которые могут работать с сетями различных стандартов.

С учетом концепции построения базовой сети ЕРС «все через 1Р» мобильность терминала при взаимодействии сети LTE с сетями He-3GPP основана на протоколах управления мобильностью в IP-сетях. Протоколы управления мобильностью в IP-сетях подразделяются на два вида:

- протоколы управления мобильностью на базе хостов (Host Based Mobility- НВМ);

- протоколы управления мобильностью на базе сети (Network Based Mobility - NBM).

Протоколы управления мобильностью вила НВМ реализованы непосредственно в мобильном терминале. Протоколы вида NBM предназначены для максимальной разгрузки мобильного терминала от выполнения задач поддержки мобильности и достижения следующих целей:

- повышения эффективности использования сетевых ресурсов за счет значительного сокращения сигнальных сообщений, передаваемых/принимаемых мобильным терминалом (например, сообщений обновления данных местоположения абонента типа location update), а также отсутствия туннелей непосредственно между мобильным терминалом и сетевыми элементами:

- повышения производительности работы и экономии энергии мобильного терминала;

- упрощения мобильного терминала за счет отсутствия в стеке протоколов управления мобильностью.

Примером протоколов вида НВМ являются протоколы MIPv4 (Mobile IP version 4) и DSMIPv6 (Dual-Stack Mobile IP version 6), примером протокола вида NBM - протокол PMIPv6 (Proxy Mobile IP version 6).

Функциональные возможности протокола MIPv4 по обеспечению мобильности шире возможностей протокола IPv4 (спецификация RFC 3344). Согласно этой спецификации мобильный терминал всегда идентифицируется своим домашним IP-адресом независимо от сети доступа, хотя в визитной сети он получает другой IP-адрес - СоА (Care-of-Adress). Назначение IP-адресов выполняется согласно протоколу динамической конфигурации DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol).

Протокол MIPv4 реализуется при взаимодействии следующих сетевых элементов:

- мобильного терминала MN (Mobile Node);

- агента домашней сети НА (Home Agent);

- агента визитной сети FA (Foreign Agent);

- корреспондентского узла CN (Correspondent Node).

Агент домашней сети НА имеет информацию об адресе СоА мобильного терминала, зарегистрированного в визитной сети с помощью агента FA. Распознавая IP-сессии, агент НА пересылает дата граммы, предназначенные мобильному терминалу MN, на его адрес СоА. используя специальный IP-туннель.

Адрес СоА назначается мобильному терминалу в момент регистрации и может быть двух типов: «Foreign Agent Care-of Address» (FACoA) и «Colocated Care-of Address».

Адрес типа «Foreign Agent Care-of Address» представляет собой IP-адрес агента визитной сети FA. который одновременно является одной из конечных точек IP-туннеля (другой конечной точкой IP-туннеля является агент НА). Получив данные из туннеля, агент FA декапсулирует пакет данных, после чего передает его мобильному терминалу.

Адрес типа «Co-located Care-of Address» представляет собой IP-адрес мобильного терминала MN. который одновременно является конечной точкой IP-туннеля. В этом случае MN самостоятельно осуществляет декапсуляцию данных 1Р-туннеля.

Взаимодействие агентов FA и НА при регистрации мобильного терминала MN осуществляется с помощью сообщений «Agent Advertisement». Кроме того. в процессе идентификации мобильного терминала на основе МАС-адресов может быть использован протокол ARP (Address Resolution Protocol). Протокол ARP определен в спецификации RFC 826 и является протоколом канального уровня (data link layer), предназначенным для определения МАС- адреса терминала по его IP-адресу.

Взаимодействие мобильного терминала MN с агентом FA осуществляется с помощью сообщений «Agent Solicitation». На основе данных сообщений MN определяет свое местоположение (домашняя, визитная сеть), получает информацию о любых конфигурационных изменениях агента FA. При возврате мобильного терминала из визитной сети в домашнюю он отменяет свою внешнюю регистрацию у агента НА посредством пары сообщений: «Registration Request» и «Registration Reply».

Когда мобильный терминал MN зарегистрирован в визитной сети, пакеты данных от корреспондентского узла CN, предназначенные для MN. переадресуются в визитную сеть с помощью агента НА. Переадресация может выполняться либо первоначально агенту FA и далее терминалу MN, либо непосредственно терминалу MN, в зависимости от типа адреса СоА. Таким образом, передача пакетов данных от терминала MN корреспондентскому узлу CN может осуществляться либо через агента FA. либо напрямую.

Недостатком протокола MIPv4 является неоптимальное использование сетевых ресурсов. Этот недостаток устранен в протоколе MIPv6, имеющем расширенные функциональные возможности относительно протокола IPv6. Оптимальное использование сетевых ресурсов обеспечивается внедрением механизмов оптимальной маршрутизации (Route Optimization - RO). При оптимальной маршрутизации пакеты данных передаются от корреспондентского узла CN непосредственно мобильному терминалу MN. Для оповещения узла CN о смене IP-адреса терминалом MN используются специальные управляющие сообщения «Binding Update».

Последовательное внедрение IP-протоколов версии 6 приводит к ситуации. когда одна часть сетевого оборудования использует адресацию протокола IPv4 (например, большая часть хостов WWW Интернета, серверы обмена сообщениями), а другая - адресацию протокола IPv6 (например, серверы DNS. небольшая часть хостов WWW Интернета, почтовые серверы (mail servers), а также серверы VoIP и серверы видеостриминга). В этой ситуации поддержка мобильности терминала может быть обеспечена дуальным протоколом DSMIPv6, формирующим туннели, используя как протокол IPv4, так и протоказ IPv6.

Протокол управления мобильностью PMIPv6 определен спецификацией RFC 5213. Его функциональные возможности во многом похожи на возможности протокола MIPv6. Основным различием этих протоколов является то, что протокол PMIPv6 главным образом реализован в сетевом сегменте. Достоинством данного протокола является освобождение мобильного терминала от выполнения части задач управления мобильностью, что позволяет экономить как ресурсы сети доступа, так и ресурсы терминала. Эти достоинства особенно актуальны для сетей радиодоступа. Согласно технической спецификации 3GPP TS 23.402 Release 8 протокола PMIPv6 является одним из базовых протоколов управления мобильностью в сетях LTE при их взаимодействии не только с сетями доступа ne-3GPP, но и с сетями доступа 3GPP (в этом случае как альтернатива протоколу GTP).

Протокол PMIPv6 реализуется при взаимодействии следующих сетевых элементов:

- мобильного терминала MN, поддерживающего протокол IPv6 и имеющего доступ к беспроводной сети доступа, а также обладающего возможностями изменять свое местоположение; в MN не реализованы протоколы управления мобильностью;

- локального узла управления мобильностью LMA (Local Mobility Anchor), поддерживающего протокол IPv6; функциональные возможности узла LMA (иногда называемого «якорем») во многом похожи на возможности агента НА, но узел имеет расширенные возможности по поддержке мобильности терминала MN без участия терминала; элементы LMA и НА размещаются, как правило, в одном сетевом узле;

- шлюза мобильного доступа MAG (Mobile Access Gateway) непосредственно обеспечивающего мобильность терминала MN; шлюз MAG отвечает за передачу сообщений сигнализации узлу LMA; через шлюз MAG осуществляется доступ мобильного терминала MN к домену протокола PMIPv6;

- сетевой базы данных (policy profile), содержащей данные о параметрах терминала MN. требуемых для обеспечения работы шлюза MAG и узла LMA.

Согласно концепции протокола PMIPv6 он поддерживает следующую адресацию:

- адрес PCoA (Proxy Care of Address) - сетевой адрес шлюза MAG, являющегося конечной точкой двунаправленного туннеля между LMA и MAG: адрес РСоА ассоциируется узлом LMA с адресом СоА мобильного терминала MN, зарегистрированного в визитной сети:

- адрес MN-HoA (Home Address of Mobile Node) - сетевой адрес мобильного терминала MN. используемый для присоединения терминала к домену протокола PMIPv6:

- идентификатор мобильного терминала MN-NAI (Mobile Node Identifier), используемый терминалом MN для выполнения процедур аутентификации в домене протокола PMIPv6:

- префикс MN-HNP (Home Network Prefix), обеспечивающий топологическую привязку узла LMA и мобильного терминала MN.

3. Использование IP-протоколов управления мобильностью при взаимодействии сети LTE с сетями стандартов нe-3GPP

Сети LTE при взаимодействии с сетями нe-3GPP могут использовать различные протоколы управления мобильностью. Выбор конкретного протокола зависит от технических возможностей мобильного терминала и от сети доступа, а именно - от типов поддерживаемых ими протоколов (например. MIPv4, DSMIPv6 или PMlPv6). Механизм такого выбора реализован в виде сетевой процедуры IPMS (IP Mobility Management Selection).

Процедура IPMS выполняется в случаях, когда:

- мобильный терминал осуществляет регистрацию посредством сетей доступа He-3GPP;

- мобильный терминал осуществляет хэндовер в сеть доступа He-3GPP.

Процедура IPMS не используется, когда доступ к базовой сети ЕРС происходит с помощью сетей доступа стандартов 3GPP.

В процессе регистрации мобильного терминала посредством сети доступа HC-3GPP процедура IPMS осуществляется до момента выделения мобильному терминалу IP-адреса.

Выполнение процедуры IPMS при регистрации мобильного терминала основано на следующих принципах:

- выбранный протокол управления мобильностью должен поддерживаться одновременно и мобильным терминалом, и сетью доступа (интерфейсом S2c);

- - в случае, если мобильный терминал и сеть доступа HC-3GPP поддерживают разные протоколы, то в качестве протокола управления мобильностью выбирается протокол PMIPv6. При регистрации мобильного терминала за присвоение локального адреса СоА отвечает либо сетевой элемент надежной сети доступа He-3GPP. либо шлюз ePDG ненадежной сети доступа. В случае, если в качестве протокола управления мобильностью выбирается протокол DSMIPv6. то адрес СоА присваивается непосредственно мобильному терминалу, а если протокол MIPv4.-то агенту FA (адрес СоА становится адресом типа FACoA).

Выполнение процедуры IPMS при осуществлении хэндовера в гетерогенных сетях можно пояснить на основе примера, представленного в табл. 3.1.

Таблица 3.1 Пример выполнения процедуры IPMS

Информация о протоколах, поддерживаемых мобильным терминалом, доступна как базовой сети ЕРС. так и сети доступа HC-3GPP посредством использования протоколов аутентификации AAA (Authentication. Authorization. Accounting).

Для поддержки непрерывности IP-сессий при хэндовере необходимо обеспечить сохранность IP-адреса мобильного терминала. При использовании протокола управления мобильностью PMIPv6, а также протокола MIPv6 (только в случае адреса типа FACoA) сохранность IP-адреса обеспечивается управляющими сообщениями интерфейса S2a. при использовании протокола DSMIPv6 - управляющими сообщениями интерфейса S2c.

4. Алгоритм взаимодействия сети LTE с сетями стандартов не-3GPP

Сценарии взаимодействия сети LTE с сетями нe-3GPP во многом определяют архитектуру сети LTE. Можно выделить следующие сценарии:

— взаимодействие с надежными сетями доступа нe-3GPP (например, сетями 3GPP2), которые принадлежат оператору сети LTE;

— взаимодействие с надежными сетями доступа нe-3GPP, присоединенными к сети LTE;

— взаимодействие с надежными сетями доступа He-3GPP, которые принадлежат оператору визитной сети сотовой связи (VPLMN);

— взаимодействие с надежными сетями доступа не-3GPP. присоединенными к сети VPLMN;

— взаимодействие с ненадежными сетями доступа нe-3GPP (например, сетями WLAN), присоединенными к сети LTE:

— взаимодействие с сетями доступа WLAN, которые принадлежат оператору сети LTE;

— взаимодействие с сетями доступа WLAN. которые принадлежат оператору визитной сети VPLMN;

— взаимодействие с ненадежными сетями доступа нe-3GPP, присоединенными к сети VPLMN.

Взаимодействие сети LTE с сетями доступа не-3GPP согласно рассмотренным сценариям и протоколам MIPv4, DSMIPv6 и PMIPv6 осуществляется с помощью ряда сетевых шлюзов (S-GW, PDN-GW. cPDG) и функционального модуля PCRF. Рассмотрим функции этих сетевых элементов, обеспечивающие поддержку мобильности терминалов.

Базовые функции шлюза S-GW описаны в технической спецификации TS 23.401. Дополнительно шлюз S-GW для поддержки мобильности терминалов при взаимодействии с сетями нe-3GPP выполняет следующие функции:

— функции локального узла привязки («якоря») сети HC-3GPP в случае, когда мобильный терминал находится в роуминге и присоединен к визитной сети VPLMN посредством сети доступа нe-3GPP;

— информирование модуля PCRF о смене мобильным терминалом сети доступа одновременно с переходом на новую радиотехнологию;

— функции агента протокола DHCPv4 либо протокола DHCPv6;

— функции шлюза MAG согласно протоколу PMIPv6;

-генерацию и распределение ключей GRE используемых шлюзом P-GW для инкапсуляции пакетов данных в PMIP-туннель;

— функции узла LMA , взаимодействующего со шлюзом MAG. размещенным в надежной сети доступа He-3GPP, либо со шлюзом MAG, peaлизованным в шлюзе ePDG в случае регистрации мобильного терминала в ненадежной сети доступа нe-3GPP.

Базовые функции шлюза P-GW также представлены в технической спецификации TS 23.401. Дополнительно шлюз P-GW для поддержки мобильности терминалов при взаимодействии с сетями HC-3GPP выполняет следующие функции:

- функции узла LMA;

- функции агента НА согласно спецификации RFC 5SSS при использовании протокола DSMIPv6;

- функции агента НА при использовании протокола MIPv4 и адреса типа FACoA;

- генерацию и распределение ключей GRE, применяемых для инкапсуляции в PMI Р-туннель пакетов данных, передаваемых в линии «вверх» сети доступа в направлении к шлюзу P-GW.

Шлюз ePDG при взаимодействии с ненадежными сетями доступа (например. сетью WLAN) выполняет следующие функции:

- функции пакетного шлюза PDG (техническая спецификация TS 23.234) по назначению локальных IP-адресов СоА;

-маршрутизацию пакетов данных от/к P-GW. а также маршрутизацию пакетов от/к S-GW (если S-GW выполняет функции локального узла привязки («якоря») в визитной сети HC-3GPP VPLMN);

- функции шлюза MAG согласно спецификации RFC 5213;

- инкапсуляцию и деинкапсуляцию пакетов данных в туннели протоколов PMlPv6, IPSec;

- формирование безопасных туннелей в соответствии с интернет-протоколом обмена ключами IKEv2 (Internet Key Exchange Protocol) для передачи данных аутентификации и авторизации;

- генерацию и распределение ключей GRE. используемых для инкапсуляции в PMlP-туннель пакетов данных, передаваемых базовой сетью ЕРС по направлению к шлюзу ePDG и далее к интерфейсу S2b.

Как было отмечено в 4.2, согласно спецификациям 3GPP протокол PMIPv6 не только используется для поддержки мобильности терминала при взаимодействии базовой сети ЕРС с сетью доступа ne-3GPP. но и является на интерфейсе S5 альтернативой базовому протоколу GTP при взаимодействии базовой сети ЕРС с сетью доступа 3GPP (техническая спецификация TS 23.401). Схема сети LTE, использующей в качестве сети доступа сеть 3GPP и протокол PMIPv6 на интерфейсе S5, приведена на рис. 3.6.

На рис. 3.6 шлюз S-GW выполняет функции шлюза MAG, а шлюз P-GW - функции узла LMA. Соответственно между шлюзом S-GW (MAG) и шлюзом P-GW (LMA) формируется PMIP-туннель. При роуминге, как показано на рис. 3.7, PMIP-туннель формируется не на интерфейсе S5, а на интерфейсе S8.

Рис. 3.6 Схема сети LTE. использующей сеть доступа 3GPP и протокол PMIPvS на интерфейсе S5

Рис. 3.7 Схема сети LTE в условиях роуминга. использующей сеть доступа 3GPP и протокол PMIPv6 на интерфейсе S8

Схемы взаимодействия сети LTE с сетями доступа нe-3GPP приведены на рис. 3.8, 3.9. Основное различие этих схем заключается в используемых протоколах и. соответственно, интерфейсах поддержки мобильности терминала. На рис. 3.8 мобильность обеспечивается протоколами управления мобильностью. реализованными на интерфейсах S5. S2a. S2b. В частности, на интерфейсах S5-S2a и S5-S2b мобильность может быть реализована протоколом PMIPv6. Протокол MlPv4 может быть использован только на интерфейсе S5- S2a и при адресе типа FACoA. Перечень и общее описание сетевых интерфейсов, обеспечивающих взаимодействие сети LTE с сетями доступа не- 3GPP, приведены в табл. 3.2.

Рис. 3.8 Схема взаимодействия сети LTE с сетью доступа He-3GPP при использовании протоколов управления мобильностью на интерфейсах S5, S2a, S2b

В схеме, изображенной на рис. 3.9, мобильность терминалов обеспечивается протоколом DSMIPv6. реализованным на интерфейсах S5, S2c.

Рис. 3.9 Схема взаимодействия сети LTE с сетью доступа H8-3GPP при использовании протоколов управления мобильностью на интерфейсах S5, S2c

Основные особенности схем, представленных на рис. 3.8 и 3.9. заключаются в следующем:

- на интерфейсе SS могут использоваться протоколы GTP либо PMIPv6;

- интерфейс Gхс задействуется только при использовании протокола PMIPv6 на интерфейсе S5 или S8;

- интерфейс Gxa применяется только при взаимодействии с надежными сетями доступа не-3GPP, которые принадлежат оператору сети LTE;

- на интерфейсе S2c при взаимодействии с сетями доступа нe-3GPP в качестве протоколов управления мобильностью используется протокол DSMIPv6; протокол DSMIPv6 используется также при взаимодействии с сетями доступа 3GPP (штрихпунктирная линия на рис. 3.9).

В качестве примера схемы взаимодействия сети LTE с сетями доступа не-3GPP в условиях роуминга и использования протокола управления мобильностью РМПМ> на интерфейсах S8. S2a. S2b можно привести схему, показанную на рис. 3.10. Как видно из рисунка, в роуминге используется дополнительный интерфейс S9, обеспечивающий взаимодействие функциональных модулей V-PCRF и H-PCRF.

Рис. 3.10 Схема взаимодействия сети LTE с сетями доступа He-3GPP в условиях роуминга и использования протокола управления мобильностью PMIPv6 на интерфейсах S8, S2a, S2b

Важной особенностью различных схем сети LTE в условиях роуминга является применение двух вариантов терминации пользовательского трафика в сеть Интернет: терминацию трафика в домашней сети (home routed), как показано на рис. 3.10. и локальную терминацию трафика в визитной сети (local breakout).

Таблица 3.2 Интерфейсы, используемые при взаимодействии сети LTE с сетями нe-3GPP

Выводы к главе III

В результате развития стандарта GSM были разработаны ряд новых технологий передачи данных и речи:

– HSCSD - высокоскоростная передача данных по коммутируемым каналам, за счет объединения 4-х временных слотов и увеличения скорости передачи данных до 57,6 кбит/с (14,4 кбит/с*4);

– GPRS - пакетная передача данных общего назначения. Технология основана на передачу данных по сети с коммутацией пакетов параллельно с передачей речи в режиме коммутации каналов и обеспечивает передачу данных со скоростью 115 кбит/с. Для технология GPRS, отличие от HSCSD требовалась разработка новых поддерживающих её терминалов;

– EDGE - передача данных с повышенной скоростью для развития сетей GSM технология основана на передачу данных по сети с коммутацией пакетов, увеличение скорости передачи данных обеспечивается за счет введение нового метода модуляции 8PSK. При этом обеспечивается передача данных со скоростью до 384 кбит/с, а ширина полосы излучения GSM сигнала (200 кГц), структура кадра и структура логических каналов остаются без изменений. При этом каналы и трансверы должны работать либо в режиме GSM/ GPRS, либо в режиме EDGE. В результате этого операторы GSM могут обслуживать наряду с услугами 2G и услуги 3G.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате выполнения рекомендаций МСЭ по разработке единого глобального стандарта на технологию радиоинтерфейса системы 3G, из-за технической несовместимости радиоинтерфейсов и сетевых платформ, а также из-за конкуренции между производителями оборудования за технологическое лидерство не позволили МСЭ установить единой взаимно гармонизированный всемирный стандарт.

В результате МСЭ принял решение об одобрении семейства стандартов радиодоступа IMT-2000, в которое после совершенствования вошли пять стандартов радиоинтерфейсов.

Использование технологии модуляции OFDM существенно повышает спектральную эффективность систем беспроводного доступа WiMAX (IEEE 802.16e) МСЭ с 2007 года в семейство радиоинтерфейсов включил новый интерфейс IMT Advanced (с технологией OFDM).

В соответствии с рекомендациями МСЭ для радиоинтерфейса IMT-2000 выделена ряд полос частот в различных частотных диапазонах от 806 МГц до 2960 МГц. В Узбекистане для широкополосных систем WiMAX выделена полоса частот 698-716/718-746 МГц; 777-787/746-756 МГц и 788-798/758-768 МГц для организации на территории республики мобильной широкополосной беспроводной сети по технологии LTE. Кроме этого дополнительно для технологии LTE на вторичной основе следующие диапазоны частот 815-830 МГц / 860-875 МГц, 845-856/804-815 МГц.

МСЭ подготовлен ряд отчетов по методике распределения радиочастотного спектра с учетом реальной загрузки планируемых к использованию диапазонов частот. Несмотря на это разработка систем IMT остается одним из приоритетных направлений деятельности МСЭ и её исследовательские комиссии ведут работу в этом направлении.

При разработке системы 3G в Европе в основном использовались технические решения, полученные для сетей GSM, т.к. технология GSM занимает основное место в европейском рынке мобильной связи и развитие сетей GSM вложен огромные денежные средства и инвестиции, требующей скорейшей окупаемости. Кроме того будущая система 3G должна была удовлетворять следующим требованиям:

– для GSM имеются полное описание и технические требования в виде открытых стандартов технические требования к 3G принять как документы международных организаций стандартизации;

– сети 3G в начале разработки и эксплуатации должны были совместимы с сетями GSM и ISDN;

– сети GSM поддерживают мультимедийные и другие услуги во всех подсистемах сети;

– обеспечивает высокую пропускную способность сети радиодоступа и получил распространение во всем мире. Требование к пропускной способности сети 3G должны превышать соответствующие требования к узкополосным мобильным сетям GSM и широкополосным стационарным мультимедийным сетям;

– услуги, представляемые конечным пользователям сетей 3G не должны зависят от особенностей технологии радиодоступа и выбранная архитектура не должна ограничить внедрение новых видов услуг технологическая платформа и услуги должны быть взаимозависимы, иметь открытую структуру.

В результате развития стандарта GSM были разработаны ряд новых технологий передачи данных и речи:

– HSCSD - высокоскоростная передача данных по коммутируемым каналам, за счет объединения 4-х временных слотов и увеличения скорости передачи данных до 57,6 кбит/с (14,4 кбит/с*4);

– GPRS - пакетная передача данных общего назначения. Технология основана на передачу данных по сети с коммутацией пакетов параллельно с передачей речи в режиме коммутации каналов и обеспечивает передачу данных со скоростью 115 кбит/с. Для технология GPRS, отличие от HSCSD требовалась разработка новых поддерживающих её терминалов;

– EDGE - передача данных с повышенной скоростью для развития сетей GSM технология основана на передачу данных по сети с коммутацией пакетов, увеличение скорости передачи данных обеспечивается за счет введение нового метода модуляции 8PSK. При этом обеспечивается передача данных со скоростью до 384 кбит/с, а ширина полосы излучения GSM сигнала (200 кГц), структура кадра и структура логических каналов остаются без изменений. При этом каналы и трансверы должны работать либо в режиме GSM/ GPRS, либо в режиме EDGE. В результате этого операторы GSM могут обслуживать наряду с услугами 2G и услуги 3G.

Одновременно с развитием сети GSM развивалась и сети стандарта UMTS и разрабатывались ряд устройств и технологических оборудований обеспечивающих передачу данных и речи с значительно большей скоростью до 1,28 Мбит/с, а внедрение OFDMA модуляции передачи данных 5 бит·с/Гц в полосе 20 МГц, т.е. обеспечивает скорость передачи 100 Мбит/с.

Совершенствования системы LTE надо вести в следующих направлениях:

– совершенствование функциональных возможностей радиоинтерфейса;

– введение новых видов услуг в сетевые возможностей;

– разработка перспективных планов развития сети связи;

– расширение зоны покрытия радиосигналами и сглаживание в них «мертвых, теневых» зон;

– использование нескольких путей распространения радиосигнала для борьбы с замираниями;

– увеличение пропускной способности каналов связи за счет разработки новых способов формирования и обработки сигналов (пространственный разнесение сигналов, кодовое разнесение при помощи ортогональных кодов, частот, разнесение по поляризации и т.д.);

– применение технологии MIMO для увеличения качества передачи и приема сигналов (OFDM-сигналов), излучения и прием сигналов при помощи нескольких поляризованных антенн.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

I. Законы Республики Узбекистан