Managementul Mobilitatii Inter Sistem
CUPRINS
PREZENTAREA GENERALĂ LTE
Evoluția sistemelor de comunicații mobile
Evoluția pe termen lung
Echipamentul utilizatorului (UE)
Rețeaua de acces radio (E-UTRAN)
Entitatea de management al mobilității (MME)
Poartă de acces de servire (SGW)
Poartă de acces de servire pachete de date (PDN GW)
Serverul local de abonați (HSS)
LTE-Avansat
INTRODUCERE ÎN MOBILITATE
Mobilitatea GSM
Mobilitatea UMTS/WCDMA
Configurările pentru managementul mobilității și sesiunii, efectuate pe SGSN-MME pentru sistemele GSM, WCDMA și LTE
Domeniile cu circuite comutate și cu pachete comutate
Maparea TA-LA
Lista TAI
Serviciul de mesaje scurte (SMS) prin SGs
CSFB la WCDMA și GSM
Revenirea la E-UTRAN
Continuitatea apelului vocal (Single Radio Voice Continuity – SRVCC)
Subsistemul multimedia IP (IMS)
SRVCC de la E-UTRAN la 3GPP UTRAN/GERAN
SRVCC de la CS la PS
Procedura de atașare la E-UTRAN pentru SRVCC
MANAGEMENTUL MOBILITĂȚII LTE
Stările managementului mobilității EPS și managementul conexiunii
EMM-Radiat
EMM-Înregistrat
ECM-Inactiv
ECM-Conectat
Atașarea
Detașarea
Procedurile de solicitare a serviciilor
Procedura de eliberare a conexiunii S1
Procedura TAU
Mobilitatea fără flux de date
Mobilitatea în cadrul unei arii de servicii MME
Procedura TAU periodică
Procedura TAU intra-MME fără relocare de SGW
Procedura TAU intra-MME cu relocare de SGW
Mobilitatea între arii de servicii MME
Procedura TAU inter-MME fără relocare de SGW
Procedura TAU inter-MME cu relocare de SGW
Mobilitatea cu flux de date
Mobilitatea cu flux continuu de date
Transferul intra-E-UTRAN
Transferul bazat pe interfața X2
Transferul bazat pe interfața X2 fără relocare de SGW
Transferul bazat pe interfața X2 cu relocare de SGW
Transferul bazat pe interfața S1
Restricțiile mobilității
Restricțiile de roaming
Restricțiile de acces
Identitatea globală unică temporară (Globally Unique Temporary Identity – GUTI)
MANAGEMENTUL MOBILITĂȚII LTE
Mobilitatea de la LTE la WCDMA sau GSM
Mobilitatea fără flux de date
Procedura RAU către Gn/Gp-SGSN
Procedura RAU către S4-SGSN
Procedura RAU neacceptată
Mobilitatea cu flux de date
Transferul inter-RAT de la E-UTRAN la UTRAN în modul Iu
Faza de pregătire
Faza de execuție
Mobilitatea de la GSM sau WCDMA la LTE
Mobilitatea fără flux de date
Procedura de actualizare a ariei de urmărire Gn/Gp-SGSN la MME
Mobilitatea cu flux de date
Transferul inter-RAT de la UTRAN în modul Iu la E-UTRAN
Faza de pregătire
Faza de execuție
Mobilitatea între LTE și alte rețele non-3GPP
Mobilitatea între E-UTRAN și cdma2000 lx
Mobilitatea între E-UTRAN și rețele WiMAX
Transferul de la E-UTRAN la WiMAX
Transferul de la WiMAX la E-UTRAN
Prezentarea generală LTE
1.1 Evoluția sistemelor de comunicații mobile
Tehnologiile fara fir precum GSM, UMTS, LTE, WiMAX, Wireless LAN și Bluetooth au revoluționat modul în care comunicăm și schimbăm date datorită faptului că accesul la serviciile de telefonie și internet se poate face oricând și aproape de oriunde.
De-a lungul anilor, sistemele de comunicații mobile celulare au cunoscut urmatoarea evoluție, aceasta putând fi observată și în figura 1.1:
Generația 1 (1G) se referă la primele sisteme de comunicații mobile celulare analogice, destinate unui singur serviciu, mai exact cel de voce. A fost dezvoltată în anul 1980, cuprinzând sisteme precum AMPS, NMT, TACS, NTT, Radiocom 2000 etc care funcționeză în benzile de 450 MHz sau 800-900 MHz. În aceste standarde, transmisia radio se bazează pe tehnicile de acces multiplu cu diviziune în frecvență (FDMA), acestea presupunând alocarea unor benzi de frecvență specifice pentru fiecare utilizator. Datorită limitărilor caracteristice acestei categorii de sisteme, prima generație a fost înlocuită de sistemele de comunicații digitale.
Generația 2 (2G) a fost introdusă în anul 1991 și reprezintă trecerea de la sistemele de comunicații mobile celulare analogice la cele digitale. Dezvoltarea acestor sisteme digitale a fost necesară datorită creșterii cererii pentru serviciile mobile, care a determinat apariția unor limitări ale primei generații (1G). Astfel, prin 2G se dorește îmbunătațirea unor aspecte precum: creșterea capacității sistemului, creșterea calității serviciilor, dar și posibilitatea de conlucrare a tehnologiilor din diferite țări.
Acestă genarație cuprinde sisteme precum D-AMPS (standardul IS-136), cdmaOne (standardul IS-95), Sistemul global pentru comunicații mobile (GSM), PDC etc.
GSM este cel mai răspandit sistem digital de comunicații mobile, funcționând în benzile de frecvențe de 900 MHz și 1800 MHz în Europa, iar în America de Nord în benzile de frecvență de 850 MHz și 1900 MHz. Transmisia radio are la bază tehnicile de acces multiplu cu diviziune în timp (TDMA) și cu diviziune în frecvență (FDMA). Inițial acest sistem a fost dezvoltat pentru a suporta servicii în timp real (voce) printr-o rețea cu comutare de circuite și servicii de date cu viteze relativ reduse. Resursele pentru sesiunea de voce sau date fiind rezervate pentru utilizator pe parcursul apelului, ceea ce asigură bandă și întârzieri constante. Pentru transferul eficient al datelor se dezvoltă GPRS, acesta reprezentând primul pas spre rețelele cu comutație de pachete; apoi, pentru creșterea vitezei și reducerea întarzierilor apare EDGE. [1]
Generația 3 (3G) a fost introdusă în anul 2001, iar specificațiile tehnice au fost făcute publice sub denumirea de IMT-2000 (Telecomunicții mobile internaționale-2000). Reprezentativ pentru această generație este UMTS (Sistemul Universal de Telecomunicații Mobile) sau WCDMA care, pe de-o parte, introduce noi functionalități în comparție cu GSM și GPRS, păstrând, pe de alta parte, o serie de proprietăți și proceduri specifice sistemelor menționate anterior. Specificațiile pentru prima variantă a UMTS sunt conținute în Release 99.
Combinând proprietățiile unei rețele cu comutare de circuite cu cele corespunzatoare unei rețele cu comutare de pachete, UMTS oferă o multitudine de noi servicii. Principalele îmbunătățiri aduse de UMTS sunt reprezentate de reproiectarea completă a rețelei de acces, numită UTRAN și introducerea unei tehnici de acces multiplu cu divizarea codului (WCDMA) prin care utilizatorii nu mai sunt separați prin sloturi de timp sau frecventă, ci au alocat un cod unic. În plus, transferul de date se poate realiza mai rapid datorita creșterii semnificative a lărgimii de bandă a unei purtatoare, atingându-se pentru primele rețele Release 99 funcționale viteze maxime de 384 kbit/s pentru sensul descendent (DL) și 128 kbit/s pentru sensul ascendant (UL). Pentru creșterea vitezei de transmitere a datelor au fost introduse HSDPA și HSUPA în Release 5,respeciv Release 6. Aceste îmbunătățiri fiind numite HSPA. [2]
Generația 4 (4G); cerințele pentru standardele 4G au fost specificate de Uniunea Internațională a Telecomunicațiilor-sectorul comunicațiilor publice radio (ITU-R) și numite IMT-Avansat (Telecomunicații Mobile Internaționale-Avansat). Specifice acestei generații sunt tehnologiile WiMAX (Interoperabilitate la scară mondială pentru accesul prin microunde) și LTE (Evoluția pe termen lung), ale căror prime versiuni au fost criticate pentru ca nu îndeplinesc în totalitate specificațiile ITU-R și considerate că reprezintă 3.9 G. LTE-Avansat (LTE-A) este o versiune a standardului LTE care îndeplinește cerințele necesare pentru a fi considerata o tehnologie 4G. [8]
Tehnologia LTE a fost dezvoltată de Proiectul de Parteneriat pentru Generația a 3-a (3GPP) și introdusă în 3GPP Release 8. Acesta a fost proiectată din cauza limitărilor de proiectare apărute în cadrul 3G.
1.2 Evoluția pe Termen Lung
Standardizarea LTE a avut ca punct de pornire “ RAN Evolution Workshop”, care s-a desfășurat în noiembrie 2004, în Toronto (Canada). Acesta a fost deschis tuturor organizațiilor interesate, membri sau non-membri ai 3GPP. Prin intermediul lui au fost identificate o serie de cerințe de nivel înalt precum: reducerea costului per bit, mai multe servicii la un cost mai mic cu o mai bună experiență a utilizatorului, flexibilitate în utilizarea vechilor și noilor benzi de frecvențe, arhitectura simplificată, interfețe deschise și un consum rezonabil de energie al terminalelor. [9]
Principalele îmbuntățiri care se obțin fața de sistemele de comunicații anterioare sunt în următoarele arii: Pentru sistemul UMTS, uzual numit și WCDMA, a fost specificată o interfață radio cu o frecvență purtătoare având lărgimea de bandă de 5 MHz, iar tehnica de acces multiplu utilizată este WCDMA, o variantă de CDMA, in care semnalul ce urmează a fi transmis este împrăștiat într-o lărgime de bandă mai mare. Acestă soluție s-a dovedit a nu fi scalabilă, deoarece dacă se dorește atingerea unor viteze de transimisie mai mari, este necesară creșterea lărgimii de bandă a purtătoarei, ceea ce duce la scăderea intervalului de gardă. Cu cât este mai scurt acest interval, cu atât este mai accentuat efectul de fading multicale asupra semnalului recepționat. Pentru combaterea acestui efect pentru sistemul LTE este specificată o interfață radio complet diferită. LTE utilizează tehnica multiplexării cu diviziune în frecvență ortogonală, OFDM, ceea ce inseamnă că datele sunt transmise pe mai multe purtătoare de bandă îngustă de 180 kHz fiecare, spre deosebire de sistemul UMTS în cadrul căruia se împrăștie un singur semnal în banda disponibilă (5 MHz). Astfel, în loc să se realizeze o singură transmisie rapidă, cum se întamplă în cazul UMTS, fluxul de date este împărțit în fluxuri de viteză mai mică care se transmit simultan. În aceste condiții se obtine o rată de transimisie a datelor comparabilă cu cea corespunzătoare sistemului UMTS, în aceeași bandă, dar cu un efect multicale redus. Pentru obținerea unei viteze de transmisie mai mari se mărește canalul prin creșterea numărului de purtătoare de bandă îngustă. Numărul acestor purtătoare este ajustat de LTE în funcție de lărgimea de bandă disponibilă și este redus în cazul în care aceasta este mai mică de 5MHz. Pentru LTE au fost specificate diferite lărgimi de bandă cuprinse între 1.4 MHz și 20 MHz, fiind necesar ca acestea sa fie suportate de toate dispozitivele LTE, iar cea utilizată în practică depinzând de banda de frecvență si spectrul disponibil operatorului de rețea. În plus, dispozitivele tebuie să suporte transmisiunile MIMO, prin intermediul cărora o stație de bază poate transmite cateva fluxuri de date simultan peste aceași purtătoare.
LTE aduce o altă îmbunatățire prin abordarea unei arhitecturi de rețea bazată doar pe protocolul internet (IP) care simplifică considerabil proiectarea, implementarea interfeței radio, precum și rețeaua radio și rețeaua de bază. De asemenea, toate interfețele dintre nodurile rețelei, inclusiv conexiunea de “backhaul” către stația radio de bază, se bazează pe IP. Acest fapt reprezentând o mare simplificare ținând cont de faptul că în tehnologiile anterioare se utilizează E1, ATM (Modul de transfer asincron) sau legături Frame Relay (Releu de cadre), acestea fiind de bandă îngustă și scumpe. [2]
Astfel, dintre beneficiile aduse de LTE atât pentru utilizatori, cât și pentru operatori se evidentiază următoarele: Simplitatea; aceasta fiind datorată arhitecturii bazate în totalitate pe IP, numărului redus de elemente de rețea, suportului unor purtătoare cu lărgimi de bandă flexibile cuprinse între 1.4 MHz și 20 MHz, suportului atât a duplexării îficată o interfață radio complet diferită. LTE utilizează tehnica multiplexării cu diviziune în frecvență ortogonală, OFDM, ceea ce inseamnă că datele sunt transmise pe mai multe purtătoare de bandă îngustă de 180 kHz fiecare, spre deosebire de sistemul UMTS în cadrul căruia se împrăștie un singur semnal în banda disponibilă (5 MHz). Astfel, în loc să se realizeze o singură transmisie rapidă, cum se întamplă în cazul UMTS, fluxul de date este împărțit în fluxuri de viteză mai mică care se transmit simultan. În aceste condiții se obtine o rată de transimisie a datelor comparabilă cu cea corespunzătoare sistemului UMTS, în aceeași bandă, dar cu un efect multicale redus. Pentru obținerea unei viteze de transmisie mai mari se mărește canalul prin creșterea numărului de purtătoare de bandă îngustă. Numărul acestor purtătoare este ajustat de LTE în funcție de lărgimea de bandă disponibilă și este redus în cazul în care aceasta este mai mică de 5MHz. Pentru LTE au fost specificate diferite lărgimi de bandă cuprinse între 1.4 MHz și 20 MHz, fiind necesar ca acestea sa fie suportate de toate dispozitivele LTE, iar cea utilizată în practică depinzând de banda de frecvență si spectrul disponibil operatorului de rețea. În plus, dispozitivele tebuie să suporte transmisiunile MIMO, prin intermediul cărora o stație de bază poate transmite cateva fluxuri de date simultan peste aceași purtătoare.
LTE aduce o altă îmbunatățire prin abordarea unei arhitecturi de rețea bazată doar pe protocolul internet (IP) care simplifică considerabil proiectarea, implementarea interfeței radio, precum și rețeaua radio și rețeaua de bază. De asemenea, toate interfețele dintre nodurile rețelei, inclusiv conexiunea de “backhaul” către stația radio de bază, se bazează pe IP. Acest fapt reprezentând o mare simplificare ținând cont de faptul că în tehnologiile anterioare se utilizează E1, ATM (Modul de transfer asincron) sau legături Frame Relay (Releu de cadre), acestea fiind de bandă îngustă și scumpe. [2]
Astfel, dintre beneficiile aduse de LTE atât pentru utilizatori, cât și pentru operatori se evidentiază următoarele: Simplitatea; aceasta fiind datorată arhitecturii bazate în totalitate pe IP, numărului redus de elemente de rețea, suportului unor purtătoare cu lărgimi de bandă flexibile cuprinse între 1.4 MHz și 20 MHz, suportului atât a duplexării în frecvență (FDD) pentru separarea transmisiunilor UL și DL, cât și a duplexării în timp (TDD) unde se utilizează o singură purtătoare, iar separararea transmisiunilor UL și DL se face în timp. De asemenea, apariția unor proprietăți de auto-optimizare și auto-configurare vor simplifica și reduce costul de gestionare al rețelei.
Performanțe și capacitate; principalele cerințe impuse performanțelor LTE sunt reprezentate de atingere unor rate maxime de transmisie a datelor pentru DL și UL de 100 Mbps, respectiv 50 Mbps (pentru o purtătoare cu banda de 20 MHz); dimensiuni ale celulelor de 5-100 km; lărgimi de bandă scalabile de 20 MHz,15 MHz, 10 MHz, 5 MHz, 3 MHz, 1.4 MHz; suportul a cel puțin 200 de utilizatori per celula (5 MHz); reducerea timpilor de întarziere (timpul dintre transmiterea unui bit și recepția lui la celălalt capăt) în rețeaua de acces radio (RAN) la mai puțin de 10 ms. Perspeciva LTE pentru mobilitate consideră performanța optimă pentru viteze de 0 – 15 km/h, asigură performanțe înalte pentru viteze cuprinse între 15 – 120 km/h și se așteaptă menținerea mobilității pentru viteze cuprinse între 120 – 350 km/h, chiar și până la 500 km/h pentru anumite benzi de frecvență.
O gamă foarte largă de terminale ce permit interoperabilitatea între tehnologiile existente; pe lângă telefoanele mobile obișnuite și smartphone-uri, mai multe dispozitive electronice, cum ar fi calculatoarele, laptopurile, notebook-urile și tabletele au incorporate module LTE. Dispozitivele LTE sunt capabile să suporte și tehnologiile anterioare GSM, GPRS, EDGE, UMTS ceea ce permite roamingul și transferul. Roamingul sau circulația liberă reprezintă capacitatea de a asigura serviciile și atunci când utilizatorul se află în aria de acoperire a altei rețele si nu în cea corespunzătoare rețelei de care aparține. [3], [9]
Figura 1.1 Evoluția de la GSM la LTE [4]
1.3 Arhitectura rețelei LTE
Arhitectura rețelei LTE este numită sistem evoulat de pachete (EPS) și este bazată în totalitate pe IP, ceea ce înseamnă ca atât serviciile în timp real, cât și cele de date folosesc protocolul IP. Aceasta cuprinde rețeaua de acces (E-UTRAN) și rețeaua de bază sau rețeaua centrală (EPC). Comparativ cu sistemele anterioare numărul de noduri ale rețelei a fost redus pentru simplificarea arhitecturii, reducerea costurilor si a întârzierilor în rețea.
Rețeaua de acces radio (E-UTRAN) conține numai stații de bază,eNodeB sau eNB, generând o arhitectură plată.
În cadrul acestei rețele nu există un controler inteligent, centralizat, eNB-urile fiind interconectate prin interfața X2 și conectate prin interfața S1 la EPC, mai exact la MME prin interfața S1-MME și la S-GW prin interfața S1-U, după cum se poate observa și în figura 1.2 . În LTE, inteligența a fost distribuită stațiilor de bază pentru a grăbi setarea unei conexiuni și a reduce timpul necesar pentru transfer. Aceste două aspecte fiind cruciale pentru utilizatori atunci când folosesc serviciile în timp real.
Principalele cerințe impuse pentru partea de acces a rețelei sunt eficiența spectrală înaltă, rate de tansmisie maxime a datelor, flexibilitate în frecvență și lărgime de bandă. [4]
Figura 1.2 Interfețele X2 și S1 [7]
Rețeaua de bază (EPC) conține entitatea de management al mobilității (MME), poarta de acces de servire (SGW) și poarta de acces de servire pachete de date (PDN GW).
LTE utilizează OFDMA ca tenhologie de modulație pentru interfața radio pentru legatura descendentă (stație de bază emițătoare, terminal receptor) deoarece s-a constatat ca în comparație cu CDMA, OFDMA permite o mai bună flexibilitate în alegerea parametrilor de proiectare și se comportă mai bine în condiții de creștere a complexității prin lărgimi de bandă mai mari și configurații MIMO. În schimb, pentru legatura ascendentă (terminal emițător, stație de bază receptoare) se utilizează accesul multiplu cu diviziune în frecvență, cu purtătoare unică (SC-FDMA). [3] O schemă ilustrativă în acest sens este dată mai jos, în figura 1.3:
Figura 1.3 OFDMA și SC-FDMA [4]
1.3.1 Echipamentul utilizatorului (UE)
În specificațiile LTE dispozitivul mobil este numit echipamentul utilizatorului (UE), pentru care au fost definite cinci clase diferite după cum se poate observa în Tabelul 1.
Tabelul 1.1 Categorii de UE [2]
Dispozitivele mobile utilizate în LTE suportă modulația 64-QAM pentru legatura descendentă (DL), iar pentru cea ascendentă (UL) dispozitivele din clasele 1- 4 suportă 16-QAM, clasa 5 constituie o excepție și suportă 64-QAM. În plus, toate clasele de terminale, cu excepția clasei 1, suportă transmisiunile MIMO care presupun transmiterea unor fluxuri de date pe aceeași frecvență purtătoare de la mai multe antene ale stației de bază la mai multe antene alte dispozitivului mobil. Numărul de antene de emisie și recepție fiind cel care dictează numărul de fluxuri de date ce pot fi trimise în paralel.
Cele mai multe dispozitive LTE sunt capabile să suporte și celelalte tehnologii radio GSM și UMTS ceea ce inseamnă că aceste dispozitive pe langă benzile de frecvență pentru LTE suportă și benzile de 900 MHz și 1800 MHz pentru GSM, 2100 MHz pentru UMTS și 850-MHz și 1900-MHz pentru GSM și UMTS internațional. [2]
Ciclul parcurs de UE este: LTE_DETAȘAT, LTE_ACTIV și LTE_INACTIV[neconectat]. În modul LTE_DETAȘAT, UE caută o rețea la care să se înregistreze; după înregistrare trece în modul LTE_ACTIV în care funcționează normal, adică are conexiunea de control al resurselor radio (RRC) și poate transmite/recepționa date. În cazul în care este inactiv, dispozitivul trece în modul LTE_INACTIV[neconectat] în care se află într-o stare de conservare a puterii, nu transmite/recepționează date, iar locația acestuia este cunoscută în MME doar în aria de urmarire, care poate conține mai multe eNB-uri. [3]
1.3.2 Rețeaua de acces radio (E-UTRAN)
E-UTRAN este o rețea de stații de bază, eNodeB, care au rolul de a furniza pentru E-UTRA planul de utilizator (UP) și planul de control (CP). Stațiile de bază reprezintă cele mai complexe dispozitive din rețeaua LTE, sunt conectate între ele prin interfața X2 și îndeplinesc mai multe funcții:
Managementul utilizatorului și planificarea resurselor interfeței radio;
Asigurarea calității serviciilor (QoS): întarzieri, bandă minimă, debit maxim;
Cifrarea și descifrarea canalului radio astfel încat datele transmise să fie protejate împotriva accesului neautorizat;
Protecția integrității pentru prevenirea alterării datelor transmise;
Managementul mobilității;
Compresia antetului IP și criptarea fluxului de date de utilizator;
Configurarea și eliberarea unei conexiuni, menținerea și gestionarea acesteia;
Managementul interferențelor pentru a reduce impactul produs de transmisiunile (DL) sale asupra stațiilor de bază vecine;
Menținerea sincronizării între diferitele noduri ale rețelei;
Funcția de distribuție a mesajelor stratului non-acces (NAS);
Funcția de selecție a nodului NAS pentru selectarea MME/SGW pentru UE;
Urmărirea echipamentului de utilizator. Acesta este initializată de rețeaua de bază, iar configurarea urmăririi este transferată prin interfața S1 sau X2 în timpul transferului. [2], [3]
Stația de bază, eNodeB, constă în antene, părțile cele mai vizibile ale rețelei de telefonie mobilă, module radio cu rol în modularea și demodularea semnalelor transmise și recepționate prin interfața radio și modulele digitale care procesează aceste semnale, comportându-se ca o interfață către rețeaua de bază. De multe ori între modulul radio și cel digital se utilizează o conexiune optica, ceea ce permite instalarea modulului radio aproape de antene, reducându-se astfel lungimea cablului coaxial, iar acest lucru reprezintă un beneficiu mai ales în situațiile în care antenele și cabinetul stației de bază nu pot fi instalate aproape una de cealalată.
Interfața dintre stația de bază și stația mobilă este interfața radio sau interfața LTE Uu. Acesta este singura interfață dintr-o rețea fără fir care este întotdeauna fără fir. Pe de alta parte, interfața dintre stația de bază și rețeaua de bază, numită interfața S1, poate fi cablu de cupru, fibră de mare viteză, sau legatură microunde de mare viteză. Interfața S1 constă în doua parți logice: S1-UP prin care sunt transportate datele utilizatorilor și S1-CP pe care eNodeB îl utilizaează pentru a interacționa cu rețeaua de bază și pentru transferul mesajelor de semnalizare care îi privesc pe utilizatorii sistemului. Cele doua părți logice ale interfeței sunt ilustrate și in figura 1.4.
În timp ce în cadrul rețelelor radio de acces ale tehnologiilor anterioare stațiile de bază erau controlate de un dispozitiv central, în LTE s-a renunțat la această idee, stațiile de bază comunicând direct una cu cealaltă prin intermediul interfeței X2, fapt ilustrat și în figura 1.4. Astfel, daca o celula țintă este cunoscută și accesibilă prin interfața X2, celulele comunică direct una cu cealalată, iar transferul este controlat chiar de stația de bază. Acestă interfață poate fi utilizată de eNodeB pentru a comunica cu o stație vecină în vederea stablirii unor metode de reducere a interferențelor. [2]
Figura 1.4 Prezentarea generală LTE [2]
1.3.3 Entitatea de management al mobilității (MME)
MME este nodul rețelei responsabil pentru semnalizarea atât între utilizatori și rețeaua de bază, cât și între aceasta din urmă și stațiile de bază, semnalizare legată de mobilitatea și securitatea pentru E-UTRAN. În rețelele mari, pentru a face față acestor semnalizări și pentru redundanță, pot exista mai multe MME-uri. Semnalizarea schimbată între MME și rețeaua de acces este de tip Non-Access Stratum (NAS). Protocoalele NAS sunt exercitate între UE și MME printr-o tehnologie de transport de tip conexiune-orientată, Stream Control Transmission Protocol (SCTP). NAS constă în protocoalele “Managementul mobilitatii EPS (EPS Mobility Management – EMM)” și “Managementul sesiunii EPS (EPS Session Management – ESM)”.
În plus, protocoale NAS specifică procedurile pentru suportul mobilității între LTE și alte rețele de acces 3GPP sau non-3GPP.
Funcțiile îndeplinite de MME sunt următoarele:
Autentificarea și autorizarea UE;
Cifrarea și protecția integrității semnalizării NAS;
Selectarea EPS GW;
Suport pentru realizarea transferului: în cazul în care nu este disponibilă o interfață X2, MME ajută la trasmiterea mesajelor pentru transfer între cele doua stații de bază implicate;
Suportul mobilității între LTE și alte rețele de acces 3GPP sau non-3GPP;
Alocarea ID-urilor temporare unice globale (GUTI) către echipamentele de utilizator;
Moblitatea în starea inactiva (idle);
Paging (căutarea unui UE într-un grup de celule): distribuirea mesajelor căre eNodeB-uri;
Transportul mesajelor NAS: utilizat pentru serviciul de mesaje scurte (Short Message Service – SMS, se va folosi in continuare termenul SMS);
Transportul generic de mesaje NAS: utilizat pentru diferite aplicații;
Interceptarea legală a traficului de semnalizare;
Circulația liberă (roaming);
Selecția SGSN-ului pentru transferul la rețelele de acces 2G sau 3G 3GPP;
Selecția MME-ului pentru transferuri ce implica schimbarea de MME;
Selecția PDN GW si SGW;
Managementul purtatoarelor, inclusiv stabilirea unor purtatoare dedicate;
Controlul purtătoarelor (bearers): activarea, dezactivarea sau modificarea acestora.
Pentru indeplinirea acestor funcții sunt definite următoarele interfețe pentru MME: S1-MME, S3, S6a, S11 și S10. [7], [3]
1.3.4 Poartă de acces de servire (SGW)
SGW este elementul rețelei responsabil pentru rutarea și redirecționarea pachetelor de date de utilizator, conectându-se, conform figurii 1.4, prin intermediul interfeței S1-U la stația de baza, eNodeB, iar la PDN GW prin interfața S5. Are rol în gestionarea tunelurilor de date de utilizator a caror creare și modificare sunt controlate de MME, instrucțiunile către SGW fiind transmise prin interfața S11. De asemenea, SGW este implicat în compresia antetului IP, criptarea fluxurilor de date de utilizator, replicarea traficului de utilizator în cazul interceptărilor legale, funcția de transfer atunci când această este între LTE și alte tehnologii 3GPP prin interfața S4. Acest nod al rețelei servește drept ancoră a mobilității locale atunci când terminalele se mișcă în ariile deservite de stațiile de bază din E-UTRAN, ceea ce înseamană că pachetele sunt rutate prin acest punct pentru mobilitatea intra E-UTRAN și mobilitatea cu celelalte tehnologii 3GPP precum GSM sau UMTS.
Chiar dacă SGW și MME sunt definite independent în standarde, în practică cele doua funcții pot rula pe același nod sau pe noduri diferite alte rețelei. [2],[3], [10]
1.3.5 Poartă de acces de servire pachete de date (PDN GW)
PDN GW sau PGW reprezintă punctul de interconectare între EPC și rețelele IP externe, fiind nodul principal al mobilității. Acest nod este poarta către Internet sau alte servicii găzduite, precum Subsistemul Multimedia IP (IMS), etc prin interfața SGi. PGW termină interfața S5, ceea ce înseamnă că pachetele de date pentru un utilizator sunt încapsulate într-un tunel S5 GTP (Protocol de tunelare GPRS) și redirecționate către SGW-ul corespunzător. Acesta din urmă redirecționează pachetul de date, prin interfața S1, către eNodeB-ul responsabil pentru acel utilizator, de la care va fi transmis, prin interfața radio, la dispozitivul mobil al utilizatorului.
PDN GW are rol și în:
Alocarea adreselor IP către dispozitivele mobile, acestea putându-se conecta la multiple PDN GWs;
Filtrarea pachetelor, inspectarea intensă a acestora;
Interceptarea legală;
Marcarea pachetelor pentru comutarea multiprotocol cu etichetă (MPLS) sau pentru servicii diferentiațe (DiffServ);
Roamingul internațional;
Suport pentru taxare.
PGW servește drept ancoră a mobilității între tehnologiile 3GPP și cele non-3GPP, precum WiMAX și 3GPP2 (interfețele S2x) .
Similar elementului de rețea prezentat anterior, pentru PDN GW poate fi utilizat un nod de rețea independent sau pot fi implementate o serie de funcții, de exemplu MME, SGW și PGW, într-un singur dispozitiv. [7], [2], [16]
1.3.6 Serverul local de abonați (HSS)
HSS este o bază de date care conține informații despre utilizatori. Pentru schimbul de informații cu aceasta, în LTE, este utilizat un protocol bazat pe IP, numit DIAMETER. În sistemele anterioare, GSM și UMTS, această bază de date este numită registru de localizare (HLR). Din punct de vedere fizic, cele doua baze de date, HLR și HSS, sunt combinate pentru a permite roamingul între diversele rețele radio.
Cele mai importante informații din HSS sunt următoarele: identificatorul internațional al abonatului mobil (IMSI) care conține codul mobil de țară ( MCC), codul rețelei mobile (MNC) și un identificator unic al abonatului in cadrul unei rețele publice mobile (MSIN), numărul de telefon (MSISDN), serviciile la care este abonat utilizatorul, informații de autentificare, informații de localizare, numele punctului de acces (APN).[2]
1.4 LTE-Avansat
O variantă îmbunatățită a tehnologiei LTE este LTE-Avansat, acesta este inclusă în Release 10 al standardului 3GPP și a fost dezvoltată pentru a îndeplini cerințele stabilite de Uniunea Internațională a Telecomunicațiilor (ITU) pentru IMT-Avansat (Telecomunicații Mobile Internaționale-Avansat).
Cererile de performanță ale sistemului, din punct de vedere al ratelor de transmisie maxime ale datelor și al eficienței spectrale, sunt comparate cu cele corespunzătoare pentru LTE și IMT-Avansat și prezentate în tabelul 1.2:
Tabelul 1.2 Cerințele de performanță ale sistemului [6]
Pentru că în LTE-Avansat accentul este pus pe o capacitate mare și pentru ca este important să se păstreze compatibilitatea cu LTE Release 8, în sensul că un terminal LTE Release 8 poate funcționa într-o rețea LTE-Avansat și invers, creșterea lărgimii de bandă în cadrul acestui sistem se obține prin agregarea purtătoarelor, astfel încât lărgimea de bandă maximă, 20 MHz, a unei purtătoare să nu fie modificată . Cel mai simplu mod de creștere a capacității fiind prin adăugarea lărgimii de bandă.
Fiecare purtătoare agregată se numește purtătoare componentă (CC), iar aceasta poate avea o lărgime de bandă dintre cele specificate pentru LTE și anume: 1.4, 3, 5, 10, 15 sau 20 MHz. Banda maximă ce poate fi obținută este de 100 Hz deoarece numărul limită al purtătorelor ce pot fi agregate este 5.
După cum se poate observa în figura 1.5, atât numarul componentelor cât și banda acestora pot fi diferite pentru cele doua sensuri, descendnt și ascendent. În Release 10 sunt specificate două componente purtătoare pentru DL și una pentru UL, în timp ce în Release 11 sunt două pentru DL și una sau două pentru UL. [5]
Figura 1.5 Agregarea purtătoarelor [5]
Spre deosebire de LTE, care utilizează modul de transmisie 2 x 2 MIMO și pentru care se obțin viteze de transmitere maxime de 150 Mbit/s atunci când este utilizată o purtătoare de 20 MHz, LTE-Avansat introduce, în direcția DL, 8 x 8 MIMO prin care se pot atinge viteze de pana la 600 Mbit/s. Utilizând acest mod de transmisie împreună cu agregarea a două purtătoare de 20 MHz, vitezele teoretice obținute depăsesc 1 Gbit/s. Pentru direcția UL, LTE-Avansat introduce 4 x 4 MIMO care, în condiții ideale, conduce la debite maxime de 300 Mbit/s sau 600 Mbit/s pentru o purtătoare de 20 MHz, respectiv una agregată de 40 MHz.
MIMO este o tehnologie de transmisie a semnalului care utilizeză multiple antene atât la emisie cât și la recepție pentu a efectua multiplexarea spațială și a îmbunătății calitataea comunicării și eficiența spectrală.
O altă funcționalitate introdusă de LTE-Avansat este reprezentată de suportul nodurilor releu (RN) și este ilustrată în figura 1.6. Aceste noduri sunt stații de bază de mică putere care oferă acoperire și capacitate mai bune la marginea celulelor. Un nod releu se conectează la Donor eNB (DeNB) prin interfața radio, Un, care este o variantă modficată a interfeței radio, Uu. UEs aflate la marginea unei celule “donor” se conectează la RN prin intermediul interfeței Uu, în timp ce UEs aflate în apropierea DeNB se conectează direct la aceasta prin Uu. Pentru cele doua interfețe se pot utiliza frecvențe diferite sau aceleași frecvențe, în ultimul caz existând riscul apariției unor interferențe.
Figura 1.6 Suportul nodurilor releu [5]
În plus, pentru îmbunătățirea performanțelor rețelei la marginea unei celule și a capacității, în LTE-Advansat este folosit un mecanism numit “ Coordinated Multipoint Operation” (CoMP), în care o serie de puncte TX asigură transmisia coordonată în DL și o serie de puncte RX asigură recepția coordonată în UL. Astfel, prin CoMP se transmit și recepționează semnale de la mai multe celule la un anumit UE. Reducerea interferențelor inter-celulare și creșterea puterii semnalului dorit putând fi obținute prin coordonare transmisiei între mai multe celule. [11], [5], [12]
Introducere în moblitate
O rețea celulară sau mobilă deservește o arie geografică împărțită în celule. Fiecare celulă este acoperită, din punct de vedere radio, de o stație de bază (sau mai multe) și are alocat un set de canale radio. Pentru evitare interferențelor și asigurarea unei lărgimi de bandă garantată, celulele vecine utilizează seturi de frecvențe diferite. O celulă poate găzdui un număr limitat de utilizatori, iar pentru creșterea capacității, în cazul in care există o astfel de cerere, se pot implementa mai multe stații de bază cu acoperire redusă. Obiectivul comunicațiilor fără fir, fiind acela de a găzdui un număr cât mai mare de utilizatori într-o arie cât mai largă.
Mobilitatea este o noțiune specifică comunicațiilor mobile, care provoacă variații dinamice alte calității legăturii de comunicație și ale nivelului de interferențe, uneori impunând ca un anumit utilizator să schimbe stația de bază care îl deservește. Acestă schimbare fiind cunoscută sub denumirea de transfer.
Transferul este o procedură prin care un apel (sau un transfer de date) în desfășurare este transferat de la un canal la altul, fără ca utilizatorul să sesizeze vreo schimbare. Perfomanța acestui mecanism este foarte importantă in cadrul rețelelor mobile deoarece acesta permite menținerea calității dorite a serviciilor.
Mecanismul de decizie a transferului reprezintă funcția indispensabilă rețelelor celulare, iar acestă decizie se poate baza pe o serie de parametri: puterea și calitatea semnalului recepționat, raportul semnal zgomot, distanța dintre dispozitivul mobil și stația de bază, viteză etc.
Într-o primă fază, transferul se poate clasifica în intracelular, în care stația mobilă se poziționează pe alt canal din interiorul celulei curente și intercelular, în care este schimbată si celula.
Din punct de vedere al procesului de decizie, transferul poate fi clasificat în:
Transfer controlat de rețea (NCHO): Stațiile de bază efectuează masurări asupra calității legăturii de comunicație, iar procesul de transfer este inițiat de rețea atunci când sunt indeplinite criteriile stabilite de operatorul de rețea. Este utilizat în prima generație de sisteme analogice (AMPS, TACS, NMT etc).
Transfer asistat de mobil (MAHO): Stația mobila efectuează masurări asupra calității legăturilor de comunicații, decizia de transfer fiind luată de rețea pe baza raporturilor primite de la stația mobilă. Este utilizat în GSM și IS-95 CDMA.
Transfer controlat de mobil (MCHO): Stația mobilă deține complet controlul asupra transferului, măsurând continuu puterea semnalului de la stațiile de bază din apropiere și initiând transferul atunci când sunt îndeplinite anumite condiții. [14]
Rețelele diferite utilizează tehnici de transfer diferite. Odată cu evoluția standardelor apare necesitatea de transfer de la o tehnologie la alta. Acest tip de transfer este mult mai complicat deoarece cele doua sisteme implicate sunt diferite din punct de vedere tehnic și este numit transfer inter-sistem sau inter-RAT (inter-tehnologie de acces radio).
Principalele motivele care conduc la realizarea transferului în rețelele celulare:
Daca dispozitivul mobil se deplasează în afara ariei de acoperire a unei celule (stații de baza) și există o altă stație de bază care îi furnizează un semnal mai puternic.
Apariția unui nivel ridicat de interferențe.
Daca traficul este foarte aglomerat în celula curentă și sunt ocupate toate canalele corespunzătoare acesteia, o stație de bază vecină poate oferi servicii mobilului.
Scăderea calității comunicației sub o limită acceptabilă.
Managementul mobilității este o funcție importantă pentru sistemele celulare având ca scop urmărirea utilizatorilor, astfel încât locația acestora, care se poate modifica din cauza mobilității, să fie cunoscută permanent. În acest fel fiind posibilă livrarea apelurilor, SMS-urilor și a altor servicii de telefonie mobilă către abonați. Pentru ca rețeaua sa cunoască locația curentă a utilizatorului, imediat după pornirea dispozitivului mobil, acesta trebuie să se înregistreze în rețea, urmând ca aceasta din urmă să fie informată în cazul unei deplasări in aria de acoperire a altei celule.
Mobilitatea GSM
În cadrul sistemului GSM, pentru a reduce semnalizarea necesară informării rețelei despre deplasarea dispozitivului mobil în aria de acoperire a altei stații de bază, mai multe celule sunt grupate într-o arie de localizare (LA). În aceste condiții, dispozitivul mobil informează rețeaua doar daca noua celulă aparține unei noi arii de localizare.
Principalele elemente ale rețelei GSM, utilizate în paragrafele următoare sunt stația mobilă (MS), echipamentul de emisie/recepție al stației de bază (BTS), controlerul stației de bază (BSC), centrală de comutare a serviciilor (MSC), registrul de localizare a vizitatorilor (VLR), registrul de localizare a abonaților proprii (HLR), centrul de autentificare (AuC) și registrul de identificare a echipamentelor (EIR).
Pentru GSM există urmatoarele tipuri de transfer:
Transfer intra-BTS: Dispozitivul mobil ramâne conectat la aceeași stație de bază (BTS), dar se schimbă canalul. Poate avea loc din cauza interferențelor.
Transfer inter-BTS/Transfer intra-BSC: Celula curentă și cea noua sunt conectate la același BSC. În acest caz, controlerul stației de bază (BSC) este capabil sa realizeze transferul și îi alocă mobilului un nou canal și slot înainte ca vechea stație de bază să fie eliberată.
Transfer inter-BSC: Celula curentă și cea nouă sunt conectate la BSC-uri diferite. Din cauza faptului ca nu există semnalizare directă între BSC-uri, transferul este controlat de centrul de comutație (MSC).
Transfer inter-MSC: Celula curentă și cea nouă nu sunt conectate la același MSC. Acest tip de transfer are loc la trecere dintr-o rețea în alta, iar controlul transferului este negociate de cele două MSC-uri implicate. [13]
GSM utilizează transferul asistat de mobil (MAHO), proces prin care stația mobilă asistă stația de bază în luarea deciziei de efectuare a transferului la altă stație de bază, realizeazând măsurări pe care le raportează acesteia din urmă periodic sau la cerere. Astfel, reteaua cunoaște calitatea legăturii dintre mobil și BTS, puterea stației de bază, cat si disponibilitatea canalelor din celulele învecinate. [13]
Transferul poate fi inițiat de rețea pe baza criteriilor de RF, masurate de dispozitivul mobil sau rețea (nivelul semnalului, calitatea conexiunii) sau pe criterii de trafic (încarcarea de trafic pe celulă, nivelul interferențelor, cererile de întreținere etc).
Parametri evaluați pentru a lua o decizie cu privire la efectuarea unui transfer sunt calitatea semnalului recepționat, puterea semnalului recepționat și distanța dintre mobil și stația de bază.
GSM utilizează transferul “hard”, în care legatura radio existentă trebuie întreruptă pentru o perioadă scurtă de timp, urmând sa fie preluată de o altă stație de bază.
În cadrul transferului inter-sistem, fiind cel mai răspândit standard, GSM, este utilizat ca plan de rezervă (CS Fallback-CSFB).
Din punct de vedere al dispozitivului mobil, toate aceste tipuri de transfer sunt similare, mesajele schimbate fiind aceleași în toate cazurile.
GPRS funcționează într-un mod diferit față de rețeaua cu comutație de circuite (GSM), în cadrul acestui sistem aparând noi elemente de rețea, precum nodul suport de serviciu pentru GPRS (SGSN), poarta suport pentru platform de servicii radio GPRS (GGSN) și unitatea de control a pachetelor (PCU).
Unitatea PCU este adaugată la subsistemul stației de bază (BSS) pentru a administra transferul pachetelor de date între utilizatori și rețeaua centrală GPRS.
În rețeaua cu comutare de pachete, SGSN-ul poate fi văzut ca un echivalent al MSC-ului din rețeaua cu comutare de circuite. Este plasat între rețeaua de acces și rețeaua centrală, rutând pachetele de date de la utilizatori între acestea. Nodul suport de serviciu pentru GPRS este responsabil cu urmărirea locației unui anumit utilzator și îndeplinirea unor funcții de securitate și de control al accesului. SGSN este conectat la rețeaua de acces a sistemului GSM (GERAN) prin interfața Gb/Iu și/sau la rețeaua de acces a sistemului UMTS (UTRAN) prin interfața Iu.
În plus, funcțiile SGSN includ:
Selecția MME pentru transferul la rețeaua de acces radio E-UTRAN 3GPP;
Controlul fusului orar pentru UE conform specificațiilor MME;
Selecția PDN GW și SGW conform specificațiilor MME;
Nod de semnalizare (inter-EPC) pentru mobilitatea între 2G/3G și rețele de acces radio E-UTRAN 3GPP. [16]
GGSN-ul conectează rețeaua GPRS la rețelele externe de date. Este responsabil cu atriburea adreselor IP către utilizatori și poate fi considerat un punct de ancorare (fixare) al conexiunii având în vedere că indiferent de locațiile în care se deplasează utilizatorul, GGSN-ul rămane același.
Rețeaua GPRS este responsabilă pentru managementul mobilității utilizatorilor și al sesiunii pentru controlul conexiunilor dintre abonați și internet.
Mobilitatea UMTS/ WCDMA
În UMTS, rețeaua de acces radio (UTRAN) a fost reproiectată complet, adoptatându-se conceptul de stații de bază și controlere de la GSM. Acestea fiind numite Node-B și controlerul rețelei radio (RNC). În plus, dispozitivul mobil este numit echipament de utilizator (UE), așa cum se intamplă și în LTE.
Rețeaua centrală nu a necesitat schimbări majore, ceea ce a permis conectarea rețelei de acces UMTS (UTRAN) la rețeaua centrală a sistemelor GSM și GPRS. Cea mai semnificativă modificare apare la nivelul interfeței dintre rețeaua de acces și SGSN, interfața Iu, care diferă față de echivalentul său în GSM/GPRS, interfața Gb, prin utilizarea protocoalelor ATM (Mod de transfer asincron) și IP în loc de Frame Relay (Releu de cadre), pentru straturile inferioare ale stivei de protocol . Între timp, în versiunile mai noi ale standardelor 3GPP, a fost specificată o caracteristică ce permite utilizarea protocolului IP pentru interfața Gb.
O astfel de retea combinată, simplifică circulația liberă a dispozitivelor mobile între GSM și UMTS.
Transferul este o familie de proceduri care adaugă sau elimină una sau mai multe legături radio între un UE și UTRAN atunci când există o conexiune RRC și este cunoscută poziția echipamentului de utilizator (UE) la nivelul celulelor.
În comunicațiile de voce și video este foarte important ca în timpul unei schimbări de celulă să nu apară întreruperi mari ale fluxului de date. În acest sens, rețeaua controlează permanent calitatea legăturii, fiind capabilă să redirectioneaze această conexiune către altă celulă atunci când utilizatorul se deplasează. Transferul este controlat de RNC și generat pe baza masurărilor realizate de stația de bază pentru legatura ascendentă și de dispozitivul mobil pentru cea descendentă.
Principalele tipuri de transfer sunt:
Transferul “hard”, în care, pe baza raporturilor cu privire la conexiunea curentă primite de la dispozitivul mobil și a rezultatelor masurării puterii semnalului de la celule învecinate, RNC decide daca o celulă învecinată poate servi mai eficient (putere de emisie mai mică, interferențe mai mici) un utilizator. Înainte ca transferul să aibă loc este necesară rezervarea resurselor pe anumite interfețe. Apoi, dispozitivul mobil primește o comandă de transfer care conține și parametrii precum frecvența noii celule și noile coduri de amestecare (scrambling) și alocare a canalului (channelization) care va fi utiilizat. Dispozitivul mobil întrerupe conexiune curentă și incearcă să se conectecteze la noua celulă, traficul utilizatoilor fiind reluat imediat după refacerea conexiunii. Acest tip de transfer poate fi realizat prin sudură sau fară sudură. Cel fară sudură nefiind sesizat de utilizator. Transferul care presupune schimbarea frecvenței purtătoare (transfer inter-frecvența) este de tip “hard”.
Transferul “soft” este o procedură, în timpul căreia, o conexiune nu este întreruptă. RNC-ul decide inițierea acestui tip de transfer pe baza măsurărilor cu privire la calitatea semnalului recepționat de la celula curentă și celulele învecinate. Acestă procedură se asigură că dispozitivul mobil rămane în contact permanent cu rețeaua, chiar și atunci când are loc schimbarea celulei. Astfel, datele de la și către un dispozitiv mobil sunt transmise și recepționate în una sau mai multe celule simultan, celule care sunt incluse într-un set activ (Active Set). Setul activ constă în stațiile de bază cu care un utilizator comunică în orice moment de timp. În mod normal acesta este constituit dintr-o singură stație de bază, așa cum se intamplă în cazul transferului “hard”, dar în cadrul transferului “soft” sunt adăugate stații de bază atunci când nivelul semnalului dintre acestea și utilizatori depăsesc un anumit prag. De asemenea, dacă această legatură se deterioarează, stația de bază respectivă este eliminată.
Acest tip de transfer prezintă o serie de avantaje față de transferul “hard” și anume: faptul că în timpul acestei proceduri nu apare o întrerupere a traficului de utilizator conduce la o creștere a calității conexiunii, pot fi reduse puterea de transmisie și în consecință, consumul de energie al dispozitivului mobil și reducerea probabilității de pierdere bruscă a conexiunii datorită posibilității de inițiere a acestui tip de transfer în condițiile unei calități bune a semnalului recepționat de la celula curentă. Din punctul de vedere al rețelei, transferul “soft” prezintă un avantaj prin faptul că dispozitivul mobil utilizează o putere de transmisie mai mică, ceea ce conduce la reducerea interfernțelor pe calea ascendentă. Astfel, se obține creșterea capacității sistemului și, deci, a numărului de utilizatori ce pot fi deserviți de o celulă. Pe de altă parte, pentru rețea există și un dezavantaj cauzat de comunicarea dispozitivului mobil cu una sau mai multe celule simultan, comunicare ce conduce la necesitatea rezervării unei capacității mai mari pe interfețele rețelei radio pentru un anume utilizator. Este utilizat atunci când cele două celule implicate în transfer folosesc aceeași frecvență, motiv pentru care este un transfer specific rețelelor CDMA în care toți utilizatorii comunică pe acceași frecvență purtătoare, în același timp.
O variantă a transferului “soft” este transferul “softer” și este utilizat atunci când două sau mai multe celule (canale) ce aparțin aceleași stații de bază (Node-B) sunt incluse în setul activ. [17], [2]
O comaparație între aceste tipuri de transfer este ilustrată in figura următoare:
Figura 2.1 Comparație între transferurile “soft” și “hard”
Pentru UMTS se mai disting:
Transferul inter-RAT la UTRAN: sub controlul rețelei, se transferă o conexiune dintre UE și altă tehnologie de acces radio (de exemplu,GSM sau E-UTRA) la UTRAN. Acesta procedură este inițiată atunci cand o tehnologie de acces radio, alta decât UTRAN, folosind proceduri specifice comandă UE-lui transferul la UTRAN.
Transferul inter-RAT de la UTRAN: sub controlul rețelei, se transferă o conexiune dintre UE și UTRAN la o altă tehnologie de acces radio. Este inițiată de UTRAN.
Configurarile pentru managementul mobilitatii si sesiunii, efectuate pe SGSN-MME pentru sistemele GSM, WCDMA si LTE
2.3.1 Domeniile cu circuite comutate si cu pachete comutate
Nucleul retelei (Core Network – CN, in continuare se va utiliza termenul CN) consta dintr-un domeniu cu circuite comutate (Circuit Switched – CS) si unul cu pachete comutate (Packet Switched – PS). Aceste doua domenii difera prin modul in care suporta traficul de utilizator, ele contin unele entitati comune, suprapunandu-se.
Domeniul CS se refera la multimea entitatilor CN care ofera “Conexiune de tip CS” pentru traficul de utilizator, cat si toate entitatile care suporta semnalizarea aferenta. Pentru o “Conexiune de tip CS” sunt alocate resurse de retea dedicate la stabilirea conexiunii si eliberate in momentul eliberarii acesteia. Entitatile specifice domeniului CS sunt: MSC, poarta de interconectare (Gateway MSC – GMSC), VLR. In cazul retelei de acces, E-UTRAN, nu exista suport pentru domeniul CS.
Domeniul PS se refera la multimea entitatilor CN care ofera “ Conexiune de tip PS” pentru traficul de utilizator, cat si toate entitatile implicate in semnalizarea aferenta. O “Conexiune de tip PS” transporta informatia de utilizator in pachete ce rezulta din concatenarea bitilor. Fiecare din aceste pachete pot fi rutate independent de cel anterior. Specifice domeniului PS sunt entitatile specifice GPRS, si anume SGSN si GGSN si entitatile specifice EPS, si anume PDN GW, SGW, MME. Entitatile care nu sunt definite ca fiind specifice CS sau PS, sunt comune celor doua domenii, de exemplu HSS, AuC.
Chiar dacă EPS este o rețea cu comutare de pachete (PS), pentru a obține o rețea funcțională, apare necesitatea de accesare a unor servicii de circuite comutate (CS). În acest sens, a fost definită interfața SGs care conectează MSC/VLR la SGSN și MME (SGSN-MME). Acestă interfață are la bază protocolul de transport SCTP, protocol pentru transferul mesajelor de semnalizare, și este utilizată pentru înregistrarea echipamentului de utilizator (UE) în MSC/VLR prin intermediul unor proceduri combinate.
Procedurile combinate permit unui UE care suportă atât serviciile PS, cât și cele CS, să se conecteze la ambele tipuri de servicii prin intermediul rețelei EPS. Acestea sunt solicitate de UE printr-un mesaj “Attach Request” (cerere de atașare ) sau “Tracking area update (TAU) Request” (cerere de actualizare a ariei de urmărire) trimis către SGSN-MME. SGSN-MME realizează înregistrarea inițială a echipamentului de utilizator și menține informația de localizare a acestuia actualizată în MSC/VLR.
Interfața Sv conectează SGSN-MME și serverul MSC îmbunătătit pentru SRVCC (Single Radio Voice Call Continuity). SRVCC este funcționalitatea prin care se asigură servicii de voce fară întreruperi atunci când un utilizator se deplasează între ariile de acoperire LTE și non-LTE, apelul fiind comutat către rețeaua WCDMA sau GSM disponiblă. Interfața este folosită pentru suportul tansferului inter-RAT de la VoIP/IMS (prin EPS) la un domeniu CS (prin rețelele de acces 3GPP UTRAN/GERAN) sau de la UTRAN (HSPA) la rețelele 3GPP UTRAN/GERAN. Interfața Sv este bazată pe protocolul GTP. [18]
Interfața S102 conectează MME la 1xCS IWS (Interworking Solution) si se bazează pe protocolul A21care utilizaeaza protocolul de transport UDP/IP. [19] Aceste interfețe sunt ilustrate în figura 2.2.
Figura 2.2 Configurarea rețelei pentru accesul la serviciile CS
2.3.2 Maparea TA-LA
În domeniul cu comutare de circuite (CS), aria de acoperire este împarțită în arii de localizare (LAs), fiecăreia asigându-i-se un număr (LAI), care suportă fie GSM, fie WCDMA, fie ambele. În timp ce în LTE, aria de acoperire este împărțită în arii de urmărire (TAs). De cele mai multe ori LAs și TAs acoperă aceeași arie georgrafică, ceea ce înseamnă că un UE, care suportă aceste tehnologii, poate accesa WCDMA/GSM și LTE.
Un UE conectat la rețeaua LTE este înregistrat în SGSN-MME care are rolul de a menține informațiile despre locația echipamentului de utilizator actualizate în MSC/VLR. UE are o listă de indentificatori ai ariilor de urmărire (TAI) care conține un anumit număr de TAs. Cât timp UE este în modul inactiv (nu comunică) și se deplasează doar în TAs incluse în lista TAI, nu este necesară trimiterea unor noi informații de localizare către SGSN-MME. Pe de altă parte, atunci cand UE se deplasează în afara ariilor conținute în lista curentă, se efectuează o procedură TAU (actualizarea ariei de urmarire) astfel încât infomațiile de localizare din SGSN-MME să fie corecte. În continuare, aceste informații fiind trimise de SGSN-MME la MSC/VLR. În acest moment apare necesitatea mapării TA-LA, întrucât MSC/VLR nu are informații despre TAs, iar SGSN-MME trebuie să trimită infomații de localizare bazate pe LAs în care se află utilizatorul. O arie de localizare este mai mare decât una de urmărire, însa pot exista situații în care aria acoperită de TA să fie acoperită de multiple LAs, ceea ce înseamnă ca o arie de urmărire poate fi mapată la mai multe LA. În concluzie, este posibilă maparea uneia sau mai multe arii de urmarire la o singură arie de localizare sau o singură arie de urmarire la una sau mai multe arii de localizare.
Maparea este realizată prin conectarea TAs și LA la aceeași arie georgrafică (GA), utilizand numele ariei geografice (GAN).
Maparea TA-LA greșită poate genera semnalizare suplimentară sau chiar pierderea unor apeluri. De exemplu, daca aceasta arată că un UE se află într-o arie de localizare aparținând unui anumit MSC/VLR, dar în realitate acesta se află într-o arie de localizare aparaținând altui MSC/VLR, apelul va fi rutat geșit. Apoi este necesar transferul apelului între cele două MSC/VLR implicate. Acest tip de transfer necesită timp și actualizări suplimentare ale registrului de localizare (HLR), conducând la întarzieri ce pot detemina partea chematoăre să închidă înainte ca receptorul să aibă sansa să răspundă.
Lista TAI
Acestă listă constă în identificatori ai arilor de urmărire (TAI) în care UE poate intra fară să fie inițiată procedura TAU. TAI este un parametru utilizat pentru identificare ariilor de urmărire și constă în codul mobil de țară (Mobile Country Code – MCC), codul rețelei mobile (Mobile Network Code – MNC) și codul ariei de urmărire (Tracking Area Code – TAC). Lista este creată și actualizată de SGSN-MME și trimisă către UE. Criteriile pe care trebuie să le îndeplinească sunt următoarele:
Toate ariile de urmărire trebuie să fie deservite de același SGSN-MME;
Aria de localizare selectată pentru identificatorul ariei de urmărire curent trebuie să fie selectată pentru toți identificatorii (TAIs) din lista TAI;
Toate ariile de urmărire trebuie sa aparțină aceluiași PLMN;
Toate ariile de urmărire trebuie sa aibă același nume de fus orar;
UE trebuie sa aibă acces roaming la toate ariile de urmărire din listă;
Toate ariile de urmărire trebuie să fie deservite de SGW-ul utilizat în mod curent.
Este vital ca acestă listă să conțină ariile de urmărire care pot fi mapate la aceeași arie de localizare. În caz contrar, SGSN-MME nu va trimite informații de localizare la MSC/VLR atunci când UE se deplasează într-o arie de urmărire mapată la altă arie de localizare. Deoarece fiecare arie de urmărire poare fi mapată la mai mult de o singură arie de localizare, MME selectează o arie de localizare pentru UE prin proceduri combinate inițiate de UE. Acesta procedură de selectie a LA se termină cu obținerea unui identificator al ariei de localizare (LAI) de către MME. De asemenea, SGSN-MME selectează MSC/VLR configurat pentru LA selectată.
Serviciul de mesaje scurte (SMS) prin SGs
In retelele fara fir, unul dintre cele mai populare servicii, in afara de cel de voce, este SMS-ul. Acesta prezinta o importanta deosebita pentru diverse institutii, reprezantand un instrument al comunicatiilor mobile prin care pot interactiona cu clientii in timp util si intr-o mainera rentabila. In timp ce in GSM serviciul de mesaje scurte utilizeaza canalele de semnalizare din reteaua cu comutare de circuite, in LTE a fost specificata interfata SGs prin care se transfera mesajele SMS intre SGSN-MME si MSC/VLR. Asa cum se intampla si in sistemele anterioare, GSM si UMTS, SMS ramane un serviciu care nu se bazeaza IP, el utilizand in continuare canalele de semnalizare. Desi canalul de semnalizare este transportat prin legatura S1, bazata pe IP, SMS ramane un servciu non-IP deoarece prin interfata radio mesajul nu este incapsulat intr-un pachet IP, ci intr-un mesaj de semnalizare RRC. [2] SMS prin SGs este o procedura care permite transferul tansparent al mesajelor SMS intre UE si MSC/VLR prin releul de semnalizare SGSN-MME. Arhitectura necesara pentru SMS prin SGs poate fi observata in figura 2.3.
MO SMS si MT SMS sunt semnalizate prin interfata SGs, nu genereza CSFB la GERAN/UTRAN RATs si, in consecinta nu este necesara o arie de acoperire GERAN/UTRAN suprapusa.
CSFB la WCDMA si GSM
Retelele LTE au fost implementate in intreaga lume, oferind o serie de avantaje precum viteze excelente de transmisie a datelor si eficienta spectrala inalta. In plus, retelele de generatie inferioara, GSM si WCDMA, continua sa ofere servicii. Datorita avantajelor distincte pe care le prezinta in furnizarea serviciilor mobile de banda larga se prezice ca aceste retele vor coexista pentru o lunga perioada de timp.
Fiind un sistem cu pachete comutate si suportand doar servicii bazate pe pachete, pentru LTE au fost introduse solutii care permit utilizatorilor LTE accesul la serviciile de circuite comutate. Revenirea la circuite comutate (Circuit Switched FallBack – CSFB, in continuare se va folosi termenul CSFB), la WCDMA si GSM, este o caracteristica optionala care furnizeaza voce si alte servicii din domeniul CS echipamentelor de utilizator (UE) deservite de E-UTRAN, prin reutilizarea infrastructurii CS. Un terminal activat CSFB conectat la E-UTRAN poate utiliza GERAN sau UTRAN pentru a se conecta la domeniul CS. Acesta functie este disponibila doar daca aria de acoperire E-UTRAN se suprapune cu una din ariile de acoprire GERAN sau UTRAN.
Figura 2.3 Arhitectura EPS pentru CSFB si SMS prin SGs [21]
Functia CSFB in EPS este realizata prin utilizarea mecanismului interfetei SGs intre serverul MSC si MME. Arhitectura EPS pentru CSFB este ilustrata in figura 2.3.
SGs este punctul de referinta dintre MME si serverul MSC si este utilizat pentru procedurile de management al mobilitatii si de paging dintre EPS si domeniul CS. In plus, punctul de referinta SGs este utilizat pentru livrarea MO SMS si MT SMS.
Elementele de retea capabile CSFB si/sau SMS prin SGs trebuie sa indeplineasca functii suplimentare.
UE:
Proceduri combinate pentru atasarea, actualizarea, detasarea EPS/IMSI;
Proceduri CSFB si/sau SMS prin SGs pentru utilizarea serviciilor CS;
Suporta atat accesul la E-UTRAN/EPC, cat si accesul la domeniul CS prin GERAN si/sau UTRAN.
MME:
Selectia multiplelor PLMN-uri pentru domeniul CS;
Selectia RAT pentru domeniul CS;
Suportul procedurilor SMS in conformitate cu specificatiile 3GPP;
Livrarea PLMN ID inregistrat pentru domeniul CS la eNodeB;
Mentinerea asocierii SGs spre MSC/VLR pentru EPS/IMSI aferent UE-uluiRespingerea cererii de apel CSFB;
Initierea procedurilor de paging spre eNodeB atunci cand MSC cauta UE pentru servicii CS;
Derivarea unui numar al VLR si a identificatorului ariei de localizare (LAI) din identificatorului ariei de urmarire (TAI) al celulei curente;
In cazul in care MME suporta doar SMS prin SGs (nu suporta CSFB), fie va raspunde cu un mesaj “Doar-SMS”, fie va repinge atasarea IMSI;
Daca reteaua suporta tratarea apelurilor CSFB cu prioritate, MME trebuie sa indeplineasca si alte functii suplimentare :
Pentru mesajul de paging receptionat pe interfata SGs cu indicator de prioritate, MME asigura un tratament preferential acestui mesaj si procedurii CSFB ulterioare, comparativ cu alte proceduri normale. De asemenea, MME stabileste indicatorul de prioritate (de exemplu, “Prioritate ridicata CSFB”) in mesajul S1AP pentru eNodeB, astfel incat eNodeB sa poata initia procedura CSFB cu prioritate;
Pentru o cerere CSFB de la un utilizator de servicii, MME determina daca este necesara tratarea cu prioritate a cererii CSFB.
MSC:
Mentinerea asocierii SGs spre MME pentru EPS/ IMSI aferent UE-ului;
Suportul procedurilor SMS in conformitate cu specificatiile 3GPP.
E-UTRAN:
Transmiterea cererii de paging la UE;
Dirijarea UE catre celula tinta capabila CS;
Configurarea necesara pentru a permite operatorului sa aleaga tenhologia de acces radio (RAT) la care sa se revina (fallback) si frecventa;
Pentru SMS prin SGs nu este necesara o functionalitate specifica. In schimb, daca reteaua suporta tratarea apelurilor CSFB cu prioritate, E-UTRAN trebuie sa indeplineasca alte functii suplimentare:
Pentru mesajul de paging receptionat in S1AP cu indicator de prioritate, E-UTRAN ar trebui sa asigure tratament preferential acestei cereri, in comparatie cu alte cereri de paging normale;
Pentru mesajele S1AP cu indicatie de prioritate (de exemplu, “Prioritate ridicata CSFB”), daca UE este in modul inactiv (IDLE), eNodeB trebuie sa asigure tratament preferential in alocarea resurselor radio E-UTRAN, in comparatie cu alte cereri normale pentru resurse.
Este obligatoriu ca UE, MME si MSC care suporta CSFB sa suporte si SMS prin SGs, in timp ce nu este necesar ca UE, MME si MSC care suporta SMS prin SGs sa suporte si CSFB.
Caracteristica CSFB la WCDMA/GSM poate fi activata numai in cazul in care functia SMS prin SGs este activa.
Revenirea la E-UTRAN
Odata cu terminarea serviciului CS in domeniul CS, UE poate reveni la E-UTRAN prin intermediul mechanismelor existente: actualizarea ariei de urmarire (Tracking area update – TAU), cerere de serviciu (service request) sau procedura de atasare (attach procedure ), nefiind necesare mechanisme CSFB specifice.
In cursul eliberarii unei conexiuni RR, MSC ar trebui sa indice retelei de acces GERAN/UTRAN ca acesta conexiune RR, pentru apel, a fost stabilita ca urmare a procedurii CSFB. GERAN si UTRAN pot utiliza aceasta indicatie pentru a determina care dintre mechanismele existent ar trebui utilizat pentru ca UE sa revina la E-UTRAN.
Daca in cursul serviciului CS, serviciul EPS a fost suspendat, acesta este reluat prin urmatoarea procedura:
UE trimite un mesaj cerere TAU (TAU Request) la MME
In cazul in care contextul UE din MME indica faptul ca UE se afla in stare suspendata, MME informeaza SGW si PGW sa reactiveze purtatoarele EPS pentru UE
Mesajul NAS, trimis in etapa1, este procesat in mod corespunzator.
Continuitatea apelului vocal (Single Radio Voice Call Continuity – SRVCC)
Odata cu introducerea LTE, 3GPP strandardizeaza si procedura SRVCC, prin care se asigura continuitatea perfecta atunci cand se realizaeaza transferul unui UE din aria de acoperire LTE (E-UTRAN) in aria de acoperire WCDMA/GSM (UTRAN/GERAN). Cu alte cuvinte, caracteristica SRVCC permite transferul UE de la reteaua LTE la retelele WCDMA sau GSM pentru apelurile vocale care sunt ancorate in IMS. Ceea ce inseamna ca un apel ancorat in nucleul IMS poate fi deservit in afara ariei de acoperire LTE de catre retelele WCDMA si GSM cu ajutorul SRVCC.
Subsistemul multimedia IP (IMS)
Initial, IMS a fost un sistem bazat in totalitate pe IP, conceput pentru a asista operatorii de telefonie mobila la furizarea unor servicii interactive si interoperabile de generatie urmatoare, punand la dispozitie o arhitectura ce faciliteaza utilizarea protocolului internet. IMS a fost introdus in 3GPP Release 5 ca parte a evolutiei retelei centrale de la circuite comutate la pachete comutate si perfectionat in Release 6, respectiv Release 7. Mecanismul de semnalizare selectat pentru acest sistem este protocolul de initiere a sesiunii (Session Initiation Protocol – SIP), permitiand asfel ca serviciile de voce, text si multimedia sa poata traversa toate retelele conectate.
IMS este o solutie de retea de baza care permite servicii de comunicatie in timp real pentru orice tehnologie de acces (HSPA, LTE, Wi-Fi, fixa). Exemple de servicii sunt voce peste LTE (Voice over LTE – VoLTE), voce de inalta definitie (HD), comunicatii video, videoconferinte HD, apel Wi-Fi, mesaje bazate pe IP etc.
SRVCC de la E-UTRAN la 3GPP UTRAN/GERAN
Pentru a facilita sesiunea de transfer (SRVCC) a componentei de voce la domeniul CS, sesiunile de telefonie multimedia IMS trebuie sa fie ancorate in IMS.
In cazul SRVCC de la E-UTRAN la UTRAN/GERAN, MME primeste mai intai cererea de transfer de la E-UTRAN, cu indicatia ca acesta este pentru manevrarea SRVCC, apoi declanseaza procedura SRVCC cu serverul MSC, prin punctul de referinta Sv. Daca este suportata procedura SRVCC cu prioritate, MME stabileste indicatia de prioritate corespunzatoare, pentru serverul MSC. MME stie ce purtatoare EPS sunt utilizate pentru semnalizarea IMS pe baza configuratiei locale. Apoi, serverul MSC imbuntatit pentru SRVCC initiaza procedura de transfer a sesiunii la IMS si o coordoneza cu procedura de transfer CS la celula tinta. In cazul in care este suportata functia SRVCC cu prioritate, procedura de transfer a sesiunii IMS si cea de transfer CS sunt efectuatate cu manevrare prioritara, pe baza idicatorului de prioritate receptionat de la MME. Urmatoarea etapa consta in trimiterea unui raspuns de transfer PS-CS (PS-CS handover Response) la MME, de catre serverul MSC imbunatatit pentru SRVCC, acest raspuns include informatiile necesare pentru comanda transferului CS pentru ca UE sa acceseze UTRAN/GERAN.
Manipularea oricarei purtatoare PS non-voce (non-voice PS bearer) este realizata prin functia de divizare a purtatoarei PS in MME. In timpul procedurii SRVCC, pe baza informatiilor receptionate de la E-UTRAN, MME incepe transferul purtatoarei PS non-voce, acesta realizandu-se in conformitate cu procedurile de transfer inter-RAT.
Figura 2.4 Arhitectura SRVCC pentru E-UTRAN la 3GPP UTRAN/GERAN [24]
SRVCC de la CS la PS
Pentru facilitarea transferului sesiunii (SRVCC) componentei de voce din domeniul CS, sesiunea de voce trebuie sa fie ancorata in IMS.
Serverul MSC este informat de UE despre MME/SGSN cu care UE a avut ultimul contact, prin intermediul unei semnaturi bazate pe identificatorul temporar al abonatului mobil (TMSI) sau prin ID-ul temporar unic global (GUTI).
In cadrul acestei proceduri SRVCC, serverul MSC primeste cererea de transfer de la UTRAN/GERAN cu indicatia ca aceasta este pentru manevrarea procedurii SRVCC de la CS la PS, apoi este declansata procedura SRVCC corespunzatoare prin punctul de referinta Sv, dintre serverul MSC si MME/SGGSN tinta. MME declanseaza transferul PS in reteaua de acces tinta, E-UTRAN.
Contextul UE este preluat de la MME/SGSN tinta de la MME/SGSN sursa atunci cand acesta dintai nu are contextul UE.
In continuare, serverul MSC initiaza procedura de transfer a sesiunii la IMS si o coordoneaza cu procedura de transfer PS la celula tinta. Urmand ca MME sa trimita raspunsul transferului CS-PS (CS-PS handover Response) la serverul MSC, acest raspuns include informatiile necesare pentru comanda transferului de la CS la PS, astfel incat UE sa aiba acces la E-UTRAN.
2.3.6.4 Procedura de atasare la E-UTRAN pentru SRVCC
Pentru a beneficia de servicii care necesita inregistrare, un UE/utilizator trebuie sa se inregistreze in retea, iar acest proces este descris ca o atasare la retea. Conectivitatea IP permanenta pentru UE/utilizatori ai EPS este activata prin stabilirea unei purtatoare EPS implicita in timpul atasarii la retea (Network Attachment). Procedura de atasare poate declansa una sau mai multe proceduri de stabilire a purtatoarelor dedicate, in scopul stabilirii acestora pentru un anumit UE. De asemenea, in timpul acestei proceduri, UE poate solicita alocarea unei adrese IP. Identitatea echipamentului mobil este obtinuta de la UE in timpul procedurii de atasare initiala si verificata de MME cu ajutorul registrului de identitate a echipamentului (EIR). In situatii de roaming, MME trebuie sa transmita identitatea echipamentului mobil la HSS si PDN GW. In plus, daca MME suporta SRVCC, HSS este informat de MME despre capacitatea SRVCC a UE.
Procedura de atasare initiala la E-UTRAN este utilizata pentru atasarea urgenta a echipamentelor de utilizator care trebuie sa efectueze servicii urgente, dar nu pot obtine servicii normale de la retea. Aceste UEs sunt in starea(modul) servicii limitate. UEs care au fost atasate pentru servicii normale si nu au stabilite purtatoare de servicii urgente si se afla intr-o celula cu servicii limitate, trebuie sa initieze procedura de atasare si sa indice ca acesta este necesara pentru a beneficia de servicii de urgenta. [25]
Procedura de atasare la E-UTRAN a UE SRVCC se efectuateaza asa cum s-a definit mai sus, la care se aduga urmatoarele completari:
UE SRVCC include in mesajul “Cerere de atasare” si in actualizarile ariei de urmarire indicatorul capabilitatii SRVCC. Daca se modifica configurarea seriviciului in UE, atunci UE poate modifica indicatorul capabilitatii SRVCC in mesajul de actualizare a ariei de urmarire.
MME inlcude un indicator “ Operatiune SRVCC posibila” (“SRVCC Operation possible”), ccea ce inseamna ca atat UE, cat si MME sunt capabile SRVCC.
3. Managementul mobilitatii LTE
Mobilitatea utilizatorului prezinta o serie de avantaje importante prin posibilitatea abonatilor, care se deplaseaza, de a pot conecta la reteaua de acces radio a operatorului corespunzator. Astfel, functiile de gestionare a mobilitatii sunt utilizate pentru a urmarii locatia curenta a UE. Managementul mobilitatii EPS pentru acces LTE, urmareste UE in reteaua de acces radio LTE si ii permite acestuia sa se inregistreze in retea. Pentru a putea mentine conectivitatea, reteaua trebuie sa cunoasca locatia si starea EMM a UE, deoarece acesta din urma se poate deplasa intre celule, arii de urmarire, arii de servicii si retele publice mobile terestre (PLMNs).
In functie de capacitatea retelelor, procedurile de gestionare a mobilitatii pot fi initiate de UE sau de RAN.
3.1 Starile managementului mobilitatii EPS si managementului conexiunii
Starile EMM descriu starile managementului mobilitatii care rezulta din procedurile de gestionare a mobilitatii, de exemplu procedurile de atasare si cele de actualizare a ariei de urmarire. Starile EMM ce vor fi descrise sunt EMM-RADIAT si EMM-INREGISTRAT.
Starile managementului conexiunii EPS (ECM) descriu conexiunea de semnalizare dintre UE si EPC. Vor fi descrise starile ECM-INACTIV si ECM-CONECTAT.
In general, starile EMM si ECM sunt independente una fata de cealalta, tranzitia de la EMM-INREGISTRAT la EMM-RADIAT poate aparea indiferent de starea ECM. Pe de alta parte, exista unele relatii, iar un exemplu in acest sens este faptul ca UE trebuie sa fie in starea ECM-CONECTAT pentru tranzitia de la EMM-RADIAT la EMM-INREGISTRAT.
EMM-RADIAT
In aceasta stare, UE nu este atasat si contextul EMM din MME nu contine informatii de rutare sau o locatie valida pentru UE. Astfel, UE nu este accesibil pentru un MME, deorece locatia lui nu este cunoscuta. In starea EMM-RADIAT, pot fi stocate in UE si MME anumite informatii despre UE.
Starea este schimbata in EMM-INREGISTRAT dupa o procedura de atasare sau o procedura TAU reusita.
EMM-INREGISTRAT
UE intra in starea EMM-INREGISTRAT in urma unei inregistrari reusite prin procedura de atasare la E-UTRAN sau UTRAN/GERAN. MME intra in starea EMM-INREGISTRAT printr-o procedura reusita de actualizare a ariei de urmarire (TAU) sau printr-o procedura de atasare. In acesta stare, UE are intotdeauna cel putin o conexiune PDN activa si poate beneficia de servicii care necesita inregistrarea in EPS. MME cunoaste locatia curenta a UE la nivelul listei ariei de urmarire alocate echipamentului de utilizator.
Dupa efectuarea procedurii de detasare , in UE si MME starea se schimba in EMM-RADIAT. In plus, aceasta stare este setata si atunci cand este respinsa procedura de atasare sau procedura TAU.
Daca toate purtatoarele ce apartin unui UE sunt eliberate, de exemplu atunci cand s-a realizat transferul de la E-UTRAN la retele de acces non-3GPP, MME va schimba starea managementului mobilitatii (MM) in EMM-RADIAT. De asemenea, aceasta stare este schimbata de UE atunci cand se afla in aria de acoperire E-UTRAN si detecteaza ca au fost eliberate toate purtatoarele sale.
ECM-INACTIV
UE este in starea ECM-INACTIV, denumita si mod inactiv, atunci cand nu exista o conexiune de semnalizare NAS intre UE si retea. In aceasta stare, pentru UE nu exista nici conexiunile S1-MME si S1-U, nici contextul UE in E-UTRAN. In plus, UE si reteaua pot fi nesincronizate, ceea ce inseamna ca pot avea seturi diferite de purtatoare EPS. Atunci cand UE si MME intra in starea ECM-CONECTAT, acest set de purtatoare este sincronizat intre UE si retea.
UE si MME intra in starea ECM-CONECTAT atunci cand conexiunea de semnalizare este stabilita intre UE si MME. Mesajele NAS initiale care initiaza tranzitia de la starea ECM-INACTIV la starea ECM-CONECTAT sunt cererea de atasare, cererea de actualizare a ariei de urmarire, cererea de serviciu sau cererea de detasare.
In starile EMM-INREGISTRAT si ECM-INACTIV, UE trebuie sa indeplineasca urmatoarele functii:
Efectuarea unei actualizari a ariei de urmarire daca TA curenta nu este in lista ariilor de urmarire primita de UE de la retea pentru a mentine inregistrearea si a-i permite MME-ului sa caute UE;
Efectuarea procedurii de actualizare periodica a ariei de urmarire pentru a informa EPC ca UE este disponibil;
Efectuarea procedurii cerere de serviciu pentru a stabilii purtatoare radio atunci cand tebuie sa fie trimise datele utilizatorilor in sensul ascendent;
Efectuarea unei proceduri de cerere de serviciu pentru a raspunde paging-ului din partea MME;
Efectuarea unei actualizari a ariei de urmarire atunci cand UE reselecteaza o celul E-UTRAN;
Efectuarea unei actualizari a ariei de urmarire in cazul in care conexiunea a fost eliberata avand drept cauza a eliberarii necesitatea balansarii traficului TAU (load balancing TAU required).
Atunci cand UE este in starea ECM-INACTIV, pentru semnalizarea intre UE si MME se utilizaeaza procedura paging. Acesta declanseaza configurarea conexiunii S1, determinand schimbarea starii UE in ECM-CONECTAT.
ECM-CONECTAT
In acest caz, locatia UE este cunoscuta in MME la nivelul ID-ului statiei de baza, eNodeB, care il deserveste. Mobilitatea UE este asigurata de procedura de transfer.
Pentru un UE in starea ECM-CONECTAT, exista o conexiune de semnalizare intre UE si MME care este alcatuita din doua parti: o conexiune RRC intre UE si eNodeB si o conexiune S1-MME intre eNodeB si MME. Daca acesta conexiune de semnalizare este eliberata sau rupta, UE va intra in starea ECM-INACTIV. Eliberarea sau stricarea conexiunii fiind indicata in mod explicit echipamentului de utilizator de catre eNodeB sau detectata de UE.
Procedura de eliberare a conexiunii S1 schimba starea atat in UE, cat si in MME din ECM-CONECTAT in ECM-INACTIV. Exista situatii in care UE nu poate fi informat de eliberarea conexiunii S1, ca urmare a unor erori ale legaturii radio sau pentru ca se afla in afara ariei de acoperire. In aceste cazuri exista neconcordante temporale intre starea ECM din UE, respectiv MME.
Atunci cand un UE trece din ECM-CONECTAT in ECM-INACTIV este pornit un timer accesibil. Daca UE nu trimite un mesaj cerere de actualizare a ariei de urmarire (TAU) inainte sa expire timpul aferent acestuia, se porneste un timer de detasare, iar UE ramane in starea ECM-INACTIV. UE este detasat implicit doar daca nu trimte un mesaj TAU inainte de expirarea timpului corespunzator.
In urma unei proceduri de semnalizare, MME poate decide eliberarea conexiunii la UE, iar acesta actiune are ca urmare schimbarea starii atat in MME, cat si in UE in ECM-INACTIV.
Figura 3.1 Modelul starii EMM in UE si MME
Figura 3.2-1 Modelul starii ECM in UE
Figura 3.2-2 Modelul starii ECM in MME
* Intr-o retea de telefonie mobila ce utilizeaza arhitectura LTE, termenul purtatoare se refera la tunelul utilizat pentru conectarea echipamentului utilizatorului la o retea de pachete de date (Packet Data Network), precum Internetul.
O purtatoare EPS identifica in mod unic fluxurile de trafic care beneficiaza de acelasi tratament Qos intre un echipament de utilizator si o poarta PDN si intre UE si SGW. Purtatoarea EPS este stabilita atunci cand UE se conecteaza la PDN si se pastreaza de-a lungul duratei de viata a acestei conexiunii pentru a asigura echipamentului de utilizator conectivitate IP permanenta la acel PDN. Aceasta purtatoare EPS este cea implicita, iar cele suplimentare, stabilite pentru aceeasi conexiune PDN sunt cunoscute sub denumirea de purtatoare dedicate. Decizia de stabilire sau modificare a acestora poate fi luata doar de EPC.
Termenul purtatoare este un concept virtual si reprezinta un set de configurari ale retelei necesare pentru a asigura un tratament special unui anumit tip de trafic, de exemplu, pachetele VoIP sunt prioritizate de retea in comparatie cu traficul web. Purtatoarele radio, purtatoarele S1 si purtatorele S5/S8 sunt denumite colectiv purtatoare EPS. Acestea pot fi dedicate sau implicite. Atunci cand UE se ataseaza la reteaua LTE este stabilita cel putin o purtatoare implicita, in timp ce purtatoarele dedicate sunt intotdeauna stabilite atunci cand este necesar sa se asigure un nivel Qos pentru anumite servicii. Cele dedicate sunt imparite la radul lor in purtatoare cu rata de transfer garantata (Guaranteed Bit Rate – GBR) si purtatoare care nu asigura o rata de transfer, non-GBR. Cele GBR sunt asociate cu parametri precum GBR, care reprezinta rata de transfer minima garantata pentru o purtatoare EPS si MBR, reprezentand rata de transfer garantata maxima. Pe de alta parte, cele non-GBR sunt asociate cu rata de transfer maxima agregata APN (Aggregate maximum bit rate – APN-AMBR) si UE-AMBR. Primul reprezinta debitul total maxim non-GBR permis pentru un APN, iar cel de-al doilea debitul total maxim permis pentru toate APN-urile.
* Pachetele unei purtatoare EPS sunt transportate de E-RAB intre UE si EPC. O purtatoare radio transporta pachetele unei purtatoare EPS intre UE si eNodeB. O purtatoare S1 transporta pachetele unei E-RAB intre eNodeB si SGW. O purtatoarea S5/S8 transporta pachetele unei purtatoare EPS intre SGW si PGW.
Atasarea
Pentru a-si anunta prezenta in retea, UE initiaza o procedura de atasare prin trimiterea unui mesaj Cerere de atasare care include identificatorul internațional al abonatului mobil (IMSI) sau identificatorul temporar unic global (GUTI) si ultimul TAI vizitat (daca exista), prin intermediul statiei de baza, eNodeB, la MME. Procedura poate fi una de atasare la EPS sau una de atasare urgenta.
La finalul acestei proceduri UE este in starea EMM-INREGISTRAT si exista un context EMM in MME. In plus, este stabilita o purtatoare implicita intre UE si PGW, ceea ce inseamna ca este creata o conexiune PDN. De asemenea, in timpul procedurii de atasare pot fi activate purtatoare dedicate la cererea PGW.
Daca procedura de atasare este respinsa, fie este trimis la UE un mesaj de tip Atasare respinsa care contine si motivul acestei respingeri, fie se abandoneaza procedura fara ca UE sa fie notificat. Pentru primul caz, un exemplu il consituie situatia in care MME detecteaza o eroare de protocol in mesajul Cerere de atasare, iar pentru cel de-al doilea caz, un exemplu semnificativ este reprezentat de situatia in care pe durata procedurii de atasare nu este receptionat un mesaj Raspuns contextului initial S1-AP (S1-AP Initial Context Setup Response).
In cazul in care nu este receptionat un mesaj Atasare completa de la UE, intr-un anumit interval de timp, MME retransmite mesajul Atasare acceptata. Daca acest mesaj nu este receptionat nici dupa a patra retransmisie, procedura de atasare este abandonata si UE este detasat implicit.
Detasarea
UE poate fi detasat implicit sau explicit. In timpul unei detasari explicite, UE sau reteaua solicita in mod explicit detasarea., iar in timpul unei detasari implicite, reteaua detaseaza UE fara ca acesta sa fie informat.
La finalul acestei proceduri UE este in starea EMM-RADIAT si toate conexiunile PDN sunt deconectate.
Acesta procedura este de mai multe tipuri:
Detasare initiata de UE utilizata de pentru a informa reteaua ca nu mai are nevoie de acces la EPS;
Detasarea initiata de HSS utilizata pentru a solicita stergerea contextului EMM al unui abonat din MME;
Detasarea initiata de MME utilizata pentru a informa UE ca nu mai are acces la EPS;
Detasarea initiata de PGW atunci cand este eliminata ultima conexiune PDN a UE;
Procedurile de solicitare a serviciilor
Procedura este utilizata atunci cand un echipament de utilizator in starea ECM-INACTIV incearca sa trimita date de utilizator sau mesaje scurte. De asemenea, se utilizeaza atunci cand UE doreste sa trimita mesaje de semnalizare in sensul ascendent pentru restabilirea uneia sau mai multor purtatoare EPS. Terminarea cu succes a acestei proceduri determina schimbarea starii in ECM-CONECTAT, permitand ca UE sa trimita/receptioneze date sau mesaje de semnalizare. Purtatoarele care nu pot fi stabilite in eNodeB sau care nu pot fi actualizate in SGW sunt eliminate, iar in cazul purtatoarelor implicite sunt eliminate si conexiunile PDN asociate.
Procedura de eliberare a conexiunii S1
Acesta procedura este utilizata pentru eliberarea conexiunii logice S1-AP de semnalizare (S1-MME) si a tuturor purtatoarelor S1 (S1-U) pentru UE. Procedura determina schimbarea starii din ECM-CONECTAT in ECM-INACTIV atat pentru UE, cat si pentru MME si stergerea tuturor informatiilor despre UE din eNodeB.
Procedura de eliberare a conexiunii S1 poate fi:
Initiata de eNodeB din cauza inactivitatii utilizatorului, esecului nespecificat, declansarea CSFB sau redirectionarea inter-RAT;
Initiata de MME din cauza pierderii conexiunii radio cu UE, detasarii sau esecului autentificarii.
Procedura TAU
Procedura este initiata intotdeauna de UE si este utilizata in scopul de a actualiza inregistrararea ariei de urmarire efective a UE in retea, de a notifica periodic reteaua in legatura cu disponibilitatea UE sau pentru a actualiza anumiti parametri specifici UE in retea.
O actualizare a ariei de urmarire are loc atunci cand un UE atasat la E-UTRAN experimenteaza oricare din urmatoarele situatii:
UE detecteaza ca a intrat intr-o noua arie de urmarire care nu se regaseste in lista TAI curenta;
Timer-ul de actualizare periodica a ariei de urmarire a expirat;
Conexiunea RRC a fost eliberata avand drept cauza a eliberarii necesitatea balansarii traficului TAU ;
Nivelul RRC din UE informeza nivelul NAS ca a avut loc o eroare de conexiune RRC;
Mobilitatea fara flux de date
Atunci cand UE este in modul ECM-INACTIV, fara sa aiba un flux de date, informatiile pe care le detine MME, cu privire la aria de urmarire (TA) in care este localizat UE, sunt actualizate prin intermediul unei proceduri TAU. Procedura este initiata de UE, printr-un mesaj Cerere TAU, atunci cand intra intr-o TA care nu se regaseste in lista TAI curenta sau atunci cand expira timer-ul TAU periodic.
De asemenea, procedura TAU poate fi efectuata dupa procedura de transfer bazata pe X2 sau dupa cea bazata pe S1.
Daca mesajul Cerere TAU nu este acceptat, fie este abandonata procedura fara ca UE sa fie notificat, fie este trimis la acesta un mesaj Respingere TAU care include si motivul respingerii.
Mobilitatea in cadrul unei arii de servicii MME
Procedurile de gestionare ale mobilitatii initiate de UE, se efectueaza atunci cand acesta din urma se afla in starea ECM-INACTIV si de deplaseaza intr-un spatiu de servicii MME. Deoarece MME-urile apartin aceleiasi zone de servicii, nu este necesar ca entitatea de management a mobilitatii sa fie reselectata.
Procedura TAU periodica
Procedura este utilizata de UE pentru a informa MME despre existenta sa. Aceasta actiune este efectuata atunci cand echipamentul de utilizator ramane in ariile de urmarire ce apartin aceleiasi liste TAI si timer-ul TAU aferent expira. In aceasta situatie, UE trimite un mesaj Cerere TAU la MME.
Figura 3.3 Procedura TAU periodica
Atunci cand timer-ul TAU periodic expira, UE trimite mesajul cerere TAU la MME. Inainte ca procedura sa fie acceptata, entitatea de mangement a mobilitatii verifica aplicabilitatea unor restrictii de acces sau de roaming, procedura fiind respinsa in cazul unui rezultat pozitiv al acestei verificari (UE este restrictionat).
MME trimite la UE un mesaj TAU acceptata, prin care indica contextele purtatoarelor EPS active in MME. Dupa receptionarea acestui mesaj, UE dezactiveaza local toate contextele purtatoarelor EPS active in UE, dar indicate de MME ca fiind inactive. In acesta etapa poate avea loc procesul de realocare a GUTI.
In cazul in care GUTI a fost realocat, UE trimite mesajul TAU completa la MME.
MME trimite comanda de elibearare a contextului UE la eNodeB.
eNodeB elibereaza resursele corespunzatoare UE si trimite mesajul eliberarea contextului UE completa la MME.
Procedura TAU intra-MME fara relocare de SGW
O astfel de procedura este efectuata atunci cand UE se deplaseaza intr-o arie de urmarire care nu este inclusa in lista sa TAI, iar noua TA se afla in cadrul acelorasi zone de servicii MME si SGW.
Asemenea cazului precedent, MME verifica aplicabilitatea unor restrictii de acces sau de roaming si poate avea loc procesul de realocare a GUTI. In plus, MME analizeaza GUTI, verficand daca acesta apartine aceleiasi entitati de manegement.
Procedura TAU intra-MME cu relocare de SGW
Procedura este efectuata atunci cand UE se deplaseaza intr-o arie de urmarire care nu este inclusa in lista sa TAI, iar noua TA este in aceeasi zona de servicii MME, dar este deservita de o noua poarta SGW. Si in acest caz, MME verifica aplicabilitatea unor restrictii de acces sau de roaming si poate avea loc procesul de realocare a GUTI, acesta din urma fiind analizat de MME.
Figura 3.4 Procedura TAU intra-MME cu relocare de SGW
Procedura TAU intra-MME este initiata atunci cand entitatea de management a mobilitatii receptioneaza un mesaj cerere TAU/ cerere TAU combinata de la UE, mesajul indicand o procedura normala de actualizare a ariei de urmarire. MME verifica aplicabilitatea unor restrictii de acces sau de roaming, iar procedura este respinsa in cazul in care UE este restrictionat. Insa, aceste restrictii sunt ignorate in cazul serviciului de urgenta IMS.
Daca TA tinta este restrictionata, MME pastreaza conexiunea PDN urgenta, iar cele non-urgente sunt eliminate.
Fanionul activ din aceasta cerere inseamna ca UE solicita stabilirea purtatoarelor. Procesul pentru setarea acestora este initiat de MME.
Pot fi efectuate functii de securitate pentru autentificarea abonatului. Este stabilit un context de securitate si sunt negociate cifrarea si protectia integritatii. In plus, poate fi efectuata procedura de verfificare IMEI.
Daca versiunea de software IMEI (IMEI software version – IMEISV), primita in timpul procedurilor de securitate, difera fata de cea anterioara si, ulterior, nu exista o actualizare a locatiei, MME initiaza o procedura de notificare a HSS cu informatii actualizate despre terminal. Notificarea HSS nu este declansata pentru un UE neautentificat ce efectueaza o procedura TAU cu o conexiune PDN urgenta.
Pentu fiecare conexiune PDN, MME trimite un mesaj cerere de creare a sesiunii la SGW tinta. SGW tinta incepe stabilirea conexiunilor PDN, iar cele care nu au putut fi stabilite, impreuna cu purtatoarele asociate, sunt eliminate. Procedura TAU este respinsa daca nu se poate stabili nicio purtatoare implicita.
SGW tinta trimite un mesaj raspunsul crearii sesiunii la MME. Se va continua cu pasul 6 daca a fost schimbata locatia si daca a fost trimis un mesaj cerere TAU combinata la pasul 1, altfel se va trece la pasul 8.
MME poate timite un mesaj cerere de actualizare a locatiei la MSC/VLR.
MSC/VLR raspund cu un mesaj actualizarea locatiei acceptata la MME.
MME trimite la UE un mesaj TAU acceptata, prin care indica contextele purtatoarelor EPS active in MME. Procedura de realocare a GUTI este efectuata, daca timpul de realocare a expirat sau daca UE se muta intr-un PLMN deservit de acelasi MME.
Daca a avut loc procedura de realocare a GUTI, UE confirma noua identitate temporara si trimite mesajul TAU completa la MME.
Daca la pasul 1 a fost trimis un mesaj cerere TAU combinata, MME va trimite mesajul realocarea TMSI completa la MSC/VLR.
MME trimite un mesaj cerere de stergere a sesiunii la SGW sursa.
SGW sursa raspunde cu un mesaj raspunsul stergerii sesiunii.
MME trimite comanda eliberarii contextului UE la eNodeB.
eNodeB elibereaza resursele corespunzatoare UE si trimite mesajul eliberarea contextului UE completa la MME.
Mobilitatea intre arii de servicii MME
Procedurile de gestionare a mobilitatii initiate de UE sunt, de asemenea, efectuate atunci cand un UE in modul ECM-INACTIV se muta intr-o noua arie de servicii MME. In acest caz, MME este reselectat.
Procedura TAU inter-MME fara relocare de SGW
Aceasta procedura se efectueaza atunci cand UE se muta intr-o arie de urmarire care nu se regaseste in lista sa TAI, noua TA se aflandu-se in cadrul aceleasi arii de servicii SGW, dar este deservit de alt MME.
Procedura TAU inter-MME cu relocare de SGW
Procedura TAU inter-MME cu relocare de SGW se efectueaza atunci cand UE se deplaseaza intr-o arie de urmarire care nu se regaseste in lista sa TAI, noua TA fiind deservita atat de alta entitate de manegement al mobilitatii, cat si de alta poarta SGW.
Figura 3.5 Procedura TAU inter-MME cu relocare de SGW
Procedura TAU este initiata de UE, acesta trimitand o cerere TAU la noul MME prin intermediul statei de baza, eNodeB. In functie de configuratie, MME efectueaza o selectie statica sau o interogare DNS pentru a afla adresa IP a vechiului MME. De asemenea, procedura poate fi initiata de UE prin trimiterea mesajului cerere TAU combinata. Similar cazului prezentat anterior, setarea fanionuuil activ semnifica solicitarea stabilirii purtatorelor.
Pentru a prelua contextul MM si contextul purtatoarei EPS pentru UE, noul MME trimite mesajul cerere context la vechiul MME. Acest mesaj il include pe cel trimis de UE la pasul 1 si vechiul GUTI.
UE este verificat de vechiul MME pe baza informatiilor din mesajul cerere TAU si returneaza noului MME mesajul raspuns context ce contine contextele solicitate de acesta la pasul anterior. Daca noul MME este intr-un PLMN diferit, vechiul MME poate fi configurat sa trimita sau nu o conexiune PDN urgenta, cele non-urgente fiind trimise intotdeauna, daca exista. Pe baza mesajului raspuns context, noul MME determina faptul ca SGW sursa nu mai poate deservi UE si efectueaza reselectia SGW. Daca functia de selectie statica a portii SGW este activa, MME gaseste SGW in tabela locala de selectie a SGW. O alta varianta de selectie a SGW este prin interogarea DNS. Noul MME verifica aplicabilitatea unor restrictii de acces sau de roaming, iar in cazul in care UE este restrictionat, procedura este respinsa. Aceste restrictii sunt ignorate in cazul serviciului IMS.
Noul MME poate efectua functii de securitate pentru autentificarea abonatului. Este stabilit un context de securitate si sunt negociate cifrarea si protectia integritatii. In plus, poate fi efectuata procedura de verificare IMEI.
Pentru confirmarea mesajului si indicarea reselectiei SGW, noul MME trimite mesajul confirmare context la vechiul MME. Acest mesaj include si un indicator al schimbarii SGW.
Pentu fiecare conexiune PDN, noul MME trimite un mesaj cerere de creare a sesiunii la SGW tinta. SGW tinta incepe stabilirea conexiunilor PDN, iar cele care nu au putut fi stabilite, impreuna cu purtatoarele asociate, sunt eliminate. Procedura TAU este respinsa daca nu se poate stabili nicio purtatoare implicita.
SGW tinta atribuie o adresa IP si un TEID pentru fiecare purtatoare si trimite la PGW mesajul cerere modificare purtatoare pentru fiecare conexiune PDN. Pentru traficul DL al purtatoarelor EPS acceptate, acest mesaj contine adresa IP SGW si TEIDs.
PGW actualizeaza campul context si trimite mesajul raspunsul modificarii purtatoarei la SGW tinta.
SGW tinta incheie activarea purtatoarei prin trimiterea mesajului raspunsul crearii sesiunii la noul MME.
Atunci cand expirata timer-ul de 20 de secunde, vechiul MME trimite un mesaj cerere de stergere a sesiunii la SGW sursa pentru a sterge local toate conexiunile PDN active.
SGW sursa sterge local toate conexiunile PDN si confirma acest lucru prin mesajul raspunsul stergerii sesiunii trimis la vechiul MME.
Pentru a obtine date de abonament si pentru a informa HSS cu privire la relocarea MME, noul MME trimite mesajul cerere de acualizare a locatiei la HSS. Acest mesaj nu este trimis la HSS pentru un UE neautentificat ce efectueaza o procedura TAU cu o conexiune PDN urgenta.
HSS indentifica, in baza sa de date, vechea locatie a UE si trimite mesajul anulare localizare la vechiul MME.
Vechiul MME trimite confirmare anularii localizarii la HSS.
HSS trimite un mesaj raspunsul actualizarii locatiei la noul MME, confirmand noua locatie a UE. MME actualizeaza datele de abonament si seteaza un context pentru UE.
In continuare, daca locatia a fost schimbata si la pasul 1 a fost trimis mesajul cerere TAU combinata, se va continua cu pasul 16. Altfel, se trece direct la pasul 18.
Noul MME trimite o cerere de actualizare a locatiei la MSC/VLR.
MSC/VLR raspunde cu mesajul actualizarea locatiei acceptata.
MME trimite un mesaj TAU acceptata la UE, in acesta fiind inclus si un nou GUTI. Mai mult, UE dezactiveaza local toate contextele purtatoarelor EPS active in UE, dar indicate ca fiind inactive in noul MME.
UE confirma noul GUTI si returneaza un mesaj TAU completa la noul MME.
Daca la pasul 1 a fost trimisa o cerere TAU combinata, noul MME trimite mesajul realocarea TMSI completa la MSC/VLR.
Noul MME trimite comanda de eliberarea a contextului UE la eNodeB.
eNodeB elibereaza resursele corespunzatoare UE si trimite mesajul eliberarea contextului UE completa la MME.
Inregistrarea abonatului este stearsa din vechiul MME la expirarea timer-ului de 20 de secunde.
Mobilitatea cu flux de date
Un exmplu pentru mobilitatea cu flux de date il constituie cazul in care UE este in modul ECM-CONECTAT si nu poate fi realizata o procedura de transfer. In acesta situatie, actualizarea ariei de urmarire poate fi efectuata cu fanionul activ setat, acest lucru semnificand pastrarea si actualizarea conexiunii S1 dintre MME si eNodeB si dupa finalizarea procedurii TAU.
Fanionul activ reprezinta cererea echipamentului de utilizator pentru activarea purtatoarelor radio si S1 pentru toate purtatoarele EPS active, prin procedura TAU.
Mobilitatea cu flux continuu de date
Atunci cand UE se muta intr-o arie de urmarire sau se deplaseaza intre acestea in timp ce exista sesiuni de date in curs de desfasurare si reteaua de acces radio detecteaza miscarea inainte ca UE sa initieze procedura TAU, RAN initiaza procedura de transfer intre statii de baza pentru a evita intreruperea serviciului. De asemenea, RAN initiaza transferul si in cazul in care nu exista suficienta acoperire radio. In aceste situatii, UE este in starile EMM-INREGISTRAT si ECM-CONECTAT. Este preferat transferul prin interfata X2, acesta fiind conditionat de exista interfetei X2 intre eNodeB-uri. In caz contrar, se realizeaza transferul prin interfata S1.
Transferul intra-E-UTRAN
Transferul bazat pe interfata X2
Acesta procedura este utilizata pentru a transfera un UE de la eNodeB sursa la eNodeB tinta, utilizand punctul de referinta X2. Pe baza masurarilor cu privire la nivelul receptiei de la celula curenta si celulele invecinate, efectuate de dispozitivul mobil, eNodeB poate lua decizia de transfer a conexiunii in desfasurare la un alt eNodeB. MME este neschimbata in aceste proceduri si in functie de schimbarea sau nu a SGW sunt definite doua astfel de procese. In plus, pe langa punctul de referinta X2 dintre eNodeB sursa si tinta, procedurile se bazeaza pe prezenta interfetei S1-MME intre MME si eNodeB sursa, cat si intre MME si eNodeB tinta.
Procedura este initiata de RAN si este impartita in trei faze: pregatirea transferului, executia si completarea.
Procedura de pregatire a transferului este initiata de eNodeB sursa atunci cand determina ca este necesar transferul prin interfata X2. In cursul procedurii, eNodeB sursa trimite un mesaj cerere de tansfer la eNodeB tinta, acesta cerere continand toate informatiile relevante despre abonat si despre conexiunea cu dispozitivul mobil. Faza de pregatire a transferului este incheiata atunci cand eNodeB sursa receptioneaza un mesaj confirmare a cererii de transfer, care contine toate informatiile necesare echipamentului mobil sa acceseze noua celula, de exemplu, informatii despre interfata interfata radio. Intrucat este necesar ca transferul sa fie executat cat mai repede posibil, nu este avantajos ca dispozitivul mobil sa citeasca infomatiile de sistem din celula tinta. Astfel, mesajul de confirmare contine toti parametri pe care trebuie sa-i configureze mobilul pentru a comunica cu noua statie de baza. Odata ce statia de baza curenta primeste confirmarea, acesta emite imediat comanda de transfer la UE si inceteaza sa transmita date de utilizator in directia descendnta. Daca nu exista resurse disponibile in celula tinta, eNodeB corespunzatoare acesteia v-a raspunde cu un mesaj pregatirea transferului nereusita in loc de mesajul confirmare a cererii de transfer. In plus, procedura de transfer poate fi anulata prin trimiterea unui mesaj anulare transfer impreuna cu motivatia acestei decizii, de la eNodeB sursa la eNodeB tinta, acest proces fiind cunoscut sub denumirea de procedura de anulare a transferului.
In concluzie, transferul este pregatit si executat de cele doua statii de baza implicate, in primele doua faze.
Atunci cand UE primeste comanda de transfer, el va elimina orice purtatoare EPS pentru care nu a primit purtatoarea EPS corespondenta in celula tinta. Ca parte a executiei transferului, pachetele DL si optional, cele UL sunt redirectionate de la eNodeB sursa la eNodeB tinta. Datele DL redirectionate de la eNodeB sursa pot fi trimise la UE atunci cand acesta ajunge la noul eNodeB. Datele UL de la UE pot fi trimise la PDN GW prin intermediul SGW (sursa) sau pot fi redirectionate de la eNodeB sursa la eNodeB tinta. Singura faza a procedurii de transfer care este afectata de o potentiala schimbare a SGW este cea de finalizare, fazele de pregatire si executie a transferului raman identice.
In cazul in care MME primeste o respingere a unei proceduri NAS (de exemplu, stabilirea/modificarea/eliberarea purtatoarelor dedicate, transferul mesjelor NAS, controlul raportarii locatiei etc) de la eNodeB, in care se indica un transfer X2 in curs, MME trebuie sa reincerce aceeasi procedura NAS, fie la finalizarea transferului, fie atunci cand se considera ca acesta a esuat, cu exceptia cazului in care se face schimbarea portii de acces SGW.
Daca in timpul procedurii de transfer, MME detecteaza ca este necesara schimbarea SGW, entitatea de management trebuie sa respinga orice cerere pentru purtatoare EPS, initiata de PDN GW si primita dupa inceputul procedurii de transfer. Respingerea se face cu indicatia ca acesta este temporara si cauzata de un proces de transfer in curs de desfasurare. Dupa primirea acestui refuz, PDN GW porneste un timer de garda configurat local si va reincerca initierea procedurii la expirarea acestuia sau atunci cand detecteaza terminarea sau esuarea transferului.
Transferul bazat pe interfata X2 fara relocare de SGW
Acesta procedura este folosita pentru a efectua transferul unui UE de la statia de baza sursa la statia de baza tinta, utilizand interfata X2, atunci cand MME si SGW sunt neschimbate. O conditie prealabila a acestei proceduri este existenta conectivitatii IP intre SGW si eNodeB sursa, cat si intre SGW si eNodeB destinatie.
Transferul bazat pe interfata X2 cu relocare de SGW
Acesta procedura este folosita pentru a efectua transferul unui UE de la statia de baza sursa la statia de baza tinta, utilizand interfata X2, atunci cand MME este neschimbata si decide ca SGW trebuie sa fie schimbata. Si in acest caz, existenta conectivitatii IP intre SGW sursa si eNodeB sursa, SGW sursa si eNodeB tinta si intre SGW tinta si eNodeB tinta este o conditie prealabila. Daca nu exista conectivitate IP se utilizeaza o procedura de transfer bazat pe interfata S1.
Figura 3.6 Transferul bazat pe interfata X2, intra-MME, cu relocare de SGW; faza de completare
eNodeB tinta trimite un mesaj cerere comutare cale la MME pentru a informa acesta entitate ca UE a schimbat celula. Mesajul contine lista purtatoarelor EPS ce vor fi comutate si adresa IP a statiei de baza, eNodeB. MME stabileste ca SGW este relocat si selecteaza o noua poarta SGW.
Daca s-a schimbat TA, MME verfica aplicabilitatea unor restrictii de acces sau de roaming, procedura fiind respinsa daca UE este restrictionat. Insa, aceste restrictii sunt ignorate in cazul serviciului de urgenta IMS. Daca TA tinta este restrictionata, MME pastreaza conexiunea PDN urgenta, iar cele non-urgente sunt eliminate.
Pentu fiecare conexiune PDN, MME trimite un mesaj cerere de creare a sesiunii la SGW tinta. Acest mesaj contine adresele IP ale PGW si TEIDs pentru traficul in sensul ascendent si adresele IP ale eNodeB si TEIDs pentru traficul in sensul descendent.
MME utilizeaza lista purtatoarelor EPS, receptioanata la pasul 1, pentru a determina daca vreuna din purtatoarele EPS dedicate, din contextul UE, nu a fost acceptata de eNodeB tinta. In cazul in care exista purtatoare neacceptate, MME le elibereaza prin declasarea unor proceuri specifice.
Daca purtatoarea implicita a unei conexiuni PDN nu a fost acceptata de eNodeB tinta si exista multiple conexiuni PDN active, MME considera nereusite toate purtatoarele corespunzatoare acelei conexiuni PDN, acesta fiind eliberata prin declansarea procedurii de deconectare PDN.
Daca niciuna din purtatoarele EPS implicite nu a fost acceptata de eNodeB tinta, MME actioneaza asa cum este mentionat la pasul 6.
Pentru fiecare conexiune PDN, SGW tinta atribuie o adresa IP si TEID pentru fiecare purtatoare si trimite un mesaj cerere de modificare a purtatoarei la PGW. Acest mesaj contine adresele IP ale SGW si TEIDs pentru traficul in sens descendent al purtatoarelor EPS acceptate.
PGW isi actualizeaza campul context si trimite mesajul raspunsul modificarii purtatoarei la SGW tinta.
SGW tinta returneaza raspunsul crearii sesiunii la MME tinta. Acest mesaj contine adresele SGW si TEID UL pentru planul de utilizator. MME porneste un timer pentru a fi utilizat la pasul 8.
MME confirma transferul prin trimiterea mesajului confirmare cerere comutare cale, ce contine adresele SGW si TEIDs pentru traficul UL, la eNodeB tinta. Daca UE-AMBR este schimbat (de exemplu, toate purtatoarele EPS, asociate aceluiasi APN, sunt respinse in eNodeB tinta), MME va furniza valoarea actualizata a UE-AMBR. De asemenea, acest mesaj contine purtatoarele a caror stabilire a esuat. Daca niciuna din purtatoarele EPS implicite nu a fost acceptata de eNodeB tinta, MME timite mesajul cerere de comutare cale nereusita.
Prin trimiterea mesajului eliberare resurse, eNodeB tinta informeaza eNodeB sursa despre succesul transferului si declanseaza eliberarea resurselor.
La expirarea timer-ului setat anterior, MME sursa elibereaza purtatorele din SGW sursa prin trimiterea mesajului cerere de stergere a sesiunii.
SGW sursa confirma prin mesajul raspunsul stergerii sesiunii. In plus, acesta sterge purtatoarele fara sa informeze PGW.
UE trimite mesajul cerere TAU/ cerere TAU combinata la MME. Daca a fost trimis mesajul cerere TAU combinata, se va continua cu pasul 11. Altfel, se trece direct la pasul 13.
MME trimite o cerere de actualizare a locatiei la MSC/VLR.
MSC/VLR raspunde cu mesajul actualizarea locatiei acceptata.
MME raspunde cu un mesaj TAU acceptata. Procedura de realocare a GUTI este efectuata daca timpul de realocare a expirat sau daca UE se muta intr-un PLMN deservit de acelasi MME.
In cazul in care GUTI a fost realocat, UE trimite mesajul TAU completa la MME.
Daca la pasul 10 a fost trimis un mesaj cerere TAU combinata, MME va trimite mesajul realocarea TMSI completa la MSC/VLR. Acest lucru se intampla doar in cazul unui nou TMSI.
Transferul bazat pe interfata S1
Aceasta procedura este utilizata atunci cand nu exista conexiune directa intre eNodeB sursa si eNodeB tinta, deci nu se poate realiza transferul bazat pe interfata X2. In acest caz, eNodeB sursa solicita ajutorul MME. Toate schimburile de semnalizare si redirectionarea datelor de utilizator sunt realizate prin interfata S1. Conditiile radio pot declansa un raport de masurare pe baza caruia eNodeB sursa poate initia transferul pentru a evita intreruperea serviciului. Initiere implica trimiterea unui mesaj cerere de transfer de la eNodeB sursa la MME, prin punctul de referinta S1-MME. Acesta procedura poate implica schimbarea MME si/sau SGW. Astfel, pe baza identificatorului ariei de urmarire a noii statii de baza, MME decide daca este responsabila pentru noua celula sau daca o alta MME ar trebui sa preia conexiunea. In cel de-al doilea caz MME sursa selecteaza MME tinta. Entitatea de management al mobilitatii nu ar trebui sa fie schimbata in timpul unui transfer inter-eNodeB decat daca UE paraseste aria unui grup de MME-uri (MME Pool Area) care deserveste dispozitivul mobil. Tot MME decide daca este necesara schimbarea SGW si selecteaza noua poarta de acces SGW daca este nevoie.
In urmatoarea etapa, MME contacteaza eNodeB tinta prin intermediul unui mesaj cerere de transfer. Daca acesta din urma are capacitatea de a suporta conexiunea suplimentara, el va raspunde cu un mesaj confirmare a cererii de transfer, care, la fel ca in cazul transferului bazat pe X2, contine toate informatile necesare dispozitivului mobil pentru a efectua transferul. Redirectionarea pachetelor de date se poate face direct, de la eNodeB sursa la eNodeB tinta sau indirect, de la eNodeB sursa la eNodeB tinta prin intermediul portilor SGW sursa si tinta (sau a unei singure SGW daca aceasta nu se schimba). Disponiblitatea unei cai directe de redirectionare a pachetelor este determinata de eNodeB sursa. Daca exista conectivitate X2 intre cele doua statii de baza implicate, atunci este disponibila o cale directa de redirectionare. In caz contrar, poate fi utilzata redirectionarea indirecta. MME sursa este informata de eNodeB sursa cu privire la disponibilitatea acestei cai, iar entitatea de management determina pe baza acestei indicatii daca trebuie sa aplice redirectionarea indirecta. Mai departe, aceasta indicatie este trimisa de la MME sursa la MME tinta.
Daca MME primeste o respingere a unei proceduri de interfata S1 (de exmplu, stabilirea/modificarea/eliberarea purtatoarelor dedicate), de la eNodeB, in care se indica un transfer S1 in curs, MME trebuie sa reincerce aceeasi procedura in conditiile in care ramane MME de servire . Procedura este reluata fie la finalizarea transferului, fie atunci cand se considera ca acesta a esuat, cu exceptia cazului in care se face schimbarea portii de acces SGW.
Daca in timpul procedurii de transfer, MME detecteaza ca este necesara schimbarea SGW si/sau MME, entitatea de management trebuie sa respinga orice cerere pentru purtatoare EPS, initiata de PDN GW si primita dupa inceputul procedurii de transfer. Respingerea se face cu indicatia ca acesta este temporara si cauzata de un proces de transfer in curs de desfasurare. Dupa primirea acestui refuz, PDN GW porneste un timer de garda configurat local si va reincerca initierea procedurii la expirarea acestuia sau atunci cand detecteaza terminarea sau esuarea transferului.
In timp ce din punctul de vedere al unui dispozitiv mobil, acest transfer dureaza mai mult decat un transfer X2 pur, care este mai putin complex si necesita un numar mai mic de mesaje intre diversele entitati ale retelei, un transfer S1 este executat, de asemenea, in doar cateva sute de milisecunde. In plus, pentru acesta nu exista diferente in cele doua tipuri de transfer.
Statia de baza tinta respinge procedura de transfer daca niciuna dintre purtatoarele solicitate in mesjul cerere de transfer nu a putut fi stabilita. In acest caz, nu exista context UE in MME/eNodeB tinta si nu sunt alocate resurse. Mai mult, MME tinta respinge cererea de transfer si elibereaza toate resursele din eNodeB tinta daca acesta accepta procedura, dar nu sunt alocate resurse pentru nicio purtatoare EPS implicita (standard). In ambele situatii, UE este deservit in continuare de eNodeB/MME sursa.
Atunci cand UE se deplaseaza intre celule si noua celula este in aceeasi arie de servicii SGW, dar este deservit de o alta enititate de management este utilizat un transfer S1 inter-MME fara relocarea SGW. Iar atunci cand noua celula este deservita atat de o noua entitate de managementi al moblitatii, cat si de o alta poarta de acces SGW, se utilizeaza transerul S1 inter-MME cu relocarea SGW.
Figura 3.7 Transfer bazat pe interfata S1, inter-MME, cu relocare de SGW
eNodeB sursa decide initierea transferului la eNodeB tinta. Astfel, statia de baza curenta trimite mesajul transfer necesar (identitatea eNodeB tinta, TAI tinta) la MME sursa. TAI tinta este trimis la MME pentru a facilita selectarea unui noi entitati MME.
MME sursa selecteaza MME tinta si trimite la acesta un mesaj cerere de redirectionare a relocarii. TAI tinta este inclus in acest mesaj pentru a ajuta enitatea MME sa determine daca este necesara relocarea SGW.
MME tinta verifica daca SGW poate continua sa serveasca UE si selecteaza o noua entitate SGW daca este necesar. Prin compararea numelui entitatii SGW selectata cu numele nodului SGW primit in mesajul de la pasul 2, MME tinta determina daca are loc relocarea SGW. Daca numele nodului SGW nu este inclus in cererea de redirectionare a relocarii, SGSN tinta determina daca are loc relocarea SGW prin compararea adresei IP a noului SGW cu adresa IP a SGW receptionata in acest mesaj. Daca SGW sursa continua sa deserveasca UE, SGW sursa este identic cu SGW tinta si in acesta etapa nu se trimite niciun mesaj. In cazul prezentat, are loc relocarea SGW si MME tinta trimite un mesaj cerere de creare a sesiunii la SGW tinta, pentru fiecare conexiune PDN. MME tinta verfica aplicabilitatea unor restrictii de acces sau de roaming, procedura fiind respinsa daca UE este restrictionat. Aceste restrictii sunt ignorate in cazul serviciului de urgenta IMS. Daca TA tinta este restrictionata, MME pastreaza conexiunea PDN urgenta, iar cele non-urgente sunt eliminate.
SGW tinta trimite mesajul raspunsul crearii sesiunii la MME tinta.
MME tinta trimite mesajul cerere transfer la eNodeB tinta. Acest mesaj creeaza contextul UE in eNodeB tinta, continand informatii despre purtatoare si contextul de securitate.
eNodeB tinta raspunde cu mesjul confirmare cerere transfer. MME tinta respinge transferul daca niciuna din purtatoarele EPS implicite nu este acceptata de eNodeB tinta.
Daca MME a fost relocat, MME tinta trimite raspunsul redirectionarii relocarii la MME sursa, mesajul include cauza cerere acceptata. In plus, pentru fiecare conexiune PDN sunt specificare doar purtatoarele reusite.
MME sursa trimite mesajul comanda transfer la eNodeB sursa. Acest mesaj include lista purtatorelor ce vor fi eliminate.
eNodeB sursa trimite acest mesaj la UE. Dupa receptia acestui mesaj, UE va elimina orice purtatoare EPS pentru care nu a primit purtatoare radio corespondnta in celula tinta.
eNodeB sursa poate trimite mesajul transfer stare eNodeB la MME sursa. Daca acest mesaj nu este trimis, se trece la pasul 13.
Daca exista o relocare de MME, MME sursa redirectioneaza mesajul transfer stare eNodeB prin notificarea redirectionarii contextului de acces la MME tinta.
MME tinta raspunde cu mesajul confirmarea redirectionarii contextului de acces.
MME tinta trimite la eNodeB tinta mesajul transfer stare MME.
Dupa ce se sincronizeaza cu celula tinta, UE trimite mesajul confirmare transfer la noul eNodeB.
Atunci cand UE este identificat in celula tinta si procedura de transfer bazat pe interfata S1 este finalizata, eNodeB tinta trimite mesajul notificare transfer la MME tinta.
MME trimite mesajul redirectioanrea relocarii completa la MME sursa. In MME sursa este pornit un timer pentru a superviza eliberarea resurselor in enitatile tinta eNodeB si SGW.
MME sursa trimite mesajul confirmarea redirectionarii relocarii completa la MME tinta.
Pentru fiecare conexiune PDN, MME tinta trimite un mesaj cerere de modificare a purtatoarei la SGW.
SGW tinta redirectioneaza mesajul cerere de modificare a purtatoarei la PGW. Daca SGW nu este relocat, in acesta etapa nu se trimit mesaje si pachetele DL de la SGW sunt trimise imediat la eNodeB tinta.
PGW actualizeaza campul context si trimite mesajul raspunsul modificarii purtatoarei la SGW tinta.
SGW tinta redirectioneaza mesajul raspunsul modificarii purtatoarei la MME tinta.
Este efectuata o procedura de actualizare a ariei de urmarire.
Daca in mesajul de la pasul 7 a fost indicata relocarea SGW, MME sursa trimite un mesaj cerere de stergere a sesiunii la SGW sursa.
SGW sursa sterge local resursele purtatoarelor si raspunde cu mesajul raspunsul stergerii sesiunii.
Atunci cand procedura de transfer este completa, MME sursa elibereaza resursele purtatoarelor EPS prin trimiterea mesajului comanda de eliberare a contextului UE la eNodeB sursa.
eNodeB sursa elibereaza contextul UE si trimite mesajul eliberarea contextului UE completa la MME sursa.
Restrictiile mobilitatii
Restrictiile mobilitatii includ functiile de restrictionare a manevrarii moblitatii unui UE in E-UTRAN. Aceasta functionalitate este asigurata de UE, reteaua de acces si reteaua nucleu. Functia de restrictie a mobilitatii, in starea ECM-INACTIV este executata in UE, pe baza informatiilor primite de la reteaua centrala. Iar in starea ECM-CONECTAT, functionalitatea este realizata in reteaua de acces si reteaua nucleu. De asemenea, in aceasta stare, reteaua centrala furnizeaza retelei radio o lista de restrictii ale transferului care specifica restrictiile de roaming, arie si acces.
Restrictiile de roaming
Acesta caracteristica se aplica procedurilor TAU , de atasare si de transfer. Functionalitatea permite entitatii de management al mobilitatii sa restrictioneze accesul abonatilor roaming, cu un anumit numar IMSI, la o TA dintr-o zona geografica. La atasare sau atunci cand UE intra intr-o noua arie de urmarire, MME verifica daca IMSI aferent acestuia are permisiunea de a utilizat serviciile din TA curenta. Pentru diverse seturi de numere IMSI pot fi definite diferite reguli de restrictie a roamingului. Aceste restrictii sunt ignorate pentru un UE cu o conexiune PDN urgenta. Cu toate acestea, in timpul procedurilor de mobilitate,conexiunile PDN non-urgente sunt eliminate atunci cand UE este restrictionat.
Restrictiile de acces
Caracteristica asigura restrictionarea abonatilor care nu au voie sa acceseze reteaua LTE. Modalitatile prin care se poate realiza acest lucru sunt analiza datelor primite de la HSS si analiza numarului IMSI primit de la UE. Si aceste restrictii sunt ignorate pentru un UE cu o conexiune PDN urgenta si, de asemnenea, sunt eliminate conexiunile PDN non-urgente.
Identitatea globala unica temporara (Globally Unique Temporary Identity – GUTI )
GUTI este utilizat in scopul de a asigura o identificare lipsita de ambiguitate a UE care nu dezvaluie identitatea permanenta a UE sau a utilizatorului in EPS. Acesta permite, de asemnea, identificarea retelei sau a MME. Poate fi utilizat de retea si de UE pentru a stabili identitatea asociata echipamentului de utilizator in timpul semnalizarii intre cele doua, in EPS.
Cele doua componenete principale ale GUTI sunt:
cea care identifica in mod unic MME-ul care a alocat GUTI;
cea care identifica in mod unic UE-ul din cadrul MME-ului care a alocat GUTI.
Managementul mobilitatii inter-sistem
Mobilitatea de la LTE la WCDMA sau GSM
Moblitatea fara flux de date
Procedura de actualizare a ariei de rutare (Routing Area Update – RAU) are loc atunci cand un UE, inregistrat la un MME din reteaua LTE, selecteaza o celula UTRAN sau GERAN deservita de SGSN. In acest caz, UE se muta intr-o arie de rutare (Routing Area – RA) pe care acesta nu a inregistrat-o inca in retea. Procedura poate fi initiata de un UE atat in starea ECM-INACTIV, cat si in ECM-CONECTAT.
O celula UTRAN sau GERAN poate fi deservita de S4-SGSN sau de Gn/Gp-SGSN. Termenul S4-SGSN se refera la un SGSN introdus in Release 8 care are activ cel putin un set de interfete S4/S3/S16. Iar Gn/Gp-SGSN la un SGSN care fie nu suporta in mod explicit interfetele S4, fie setul de interfete S4/S3/S16 este dezactivat din cauza politicii operatorului. SGSN care suporta atat interfata S4, cat si Gn/Gp permite selectia elementelor de retea SGW/PGW si GGSN. In timp ce, Gn/Gp SGSN sprijina selectia GGSN si, optional, selectia portii PGW. Interfata S3 permite schimbul de informatii despre utilizatori si purtatoare in cadrul mobilitatii intre retele de acces 3GPP, in starea inactiva sau/si activa. S4 sprijina mobilitatea si controlul aferent, intre nucleul GPRS si functia de fixare (ancorare) 3GPP a SGW. In plus, daca nu este stabilit un tunel direct, aceasta interfata asigura tunelarea planului de utilizator.
Procedura RAU catre Gn/Gp-SGSN
Atunci cand un UE, din reteaua radio LTE, intra intr-o arie de rutare GSM sau WCDMA care este deservita de Gn/Gp-SGSN, UE initiaza o procedura RAU catre Gn/Gp-SGSN. Interfata Gn/Gp conecteaza MME la SGSN dintr-o retea publica de telefonie mobila terestra (Public Land Mobile Network – PLMN). MME converteste contextul purtatoarelor EPS in context PDP (Packet Data Protocol – Protocolul pachetului de date) si il trimite prin interfata Gn/Gp, in format GTPv1 care poate fi interpretat de SGSN.
Pentru un abonat al serviciului de roaming, interfata Gp conecteaza MME la SGSN din reteaua publica de telefonie mobila terestra vizitata (Visting Public Land Mobile Network – VPLMN). MME converteste contextul purtatoarelor EPS in context PDP si il trimite prin interfata Gp, in format GTPv1 care poate fi interpretat de SGSN.
Figura 4.1 Procedura RAU catre Gn/Gp-SGSN
UE initiaza procedura si trimite un mesaj cerere RAU la Gn/Gp SGSN.
Gn/Gp interogheaza DNS sau verifica configuratia locala pentru a afla ce MME trebuie sa contacteze. Apoi, ii trimite acestui MME un mesaj cerere context SGSN. MME reconsituie GUTI, cu ajutorul caruia gaseste UE.
MME converteste informatiile despre purtatoarele EPS in contexte PDP pentru UE si le trimite, impreuna cu contextul MM, la Gn/Gp SGSN. Acestea sunt trimise prin mesajul raspuns context SGSN, intr-un format GTPv1 care poate fi interpretat de Gn/Gp-SGSN. MME poate fi configurat sa trimita sau sa nu trimita o conexiune PDN urgenta la o retea de acces UTRAN sau alt PLMN.
Pot fi efectuate functii de securitate, de exemplu, autentificarea unui abonat. Sunt negociate protectia integritatii si cifrarea.
Mesajul de la pasul 4 este validat de Gn/Gp-SGSN si este trimis un mesaj de confirmare la MME. In MME este pornit un timer de 20 de secunde la expirarea caruia, MME elimina contextul EMM si contextul purtatoarelor EPS pentru UE.
Mesajul cerere de actualizarea a contextului PDP este trimis pentru fiecare context PDP la GGSN corespunzator de catre Gn/Gp-SGSN.
GGSN efectueaza aceasta actualizare si trimite mesajul raspunsul actualizarii contextului PDP.
Atunci cand este utilizata interfata Gr, Gn/Gp-SGSN trimite mesajul actualizarea locatiei la HLR, pentr-ul a-l informa ca nu are date de abonare de la UE.
Pentru a valida prezenta UE in aria de rutare, HLR trimite mesajul introducerea datelor de abonat la Gn/Gp-SGSN.
In urma receptiei acestui mesaj, Gn/Gp-SGSN trimite un mesaj de confirmare la HLR, prin interfata Gr.
Cand este utilizata interfata Gr, HLR confirma mesajul de actualizarea a locatiei, trimitand un mesaj corespunzator la Gn/Gp-SGSN.
Gn/Gp-SGSN valideaza prezenta UE in noua arie de rutare si ii trimite acestuia un mesaj RAU acceptata.
UE confirma acest mesaj, trimitand mesajul RAU completa la Gn/GP-SGSN.
Operatorul poate configura entitatea Gn/Gp-SGSN sa trimita informatii despre retea la statia mobila. In acest caz, prin mesajul informatii GMM, statia mobila poate primi informatii despre timpul local.
In sistemele WCDMA, atunci cand este mentionata urmarirea la cerere, Gn/Gp-SGSN porneste un timer predefinit pentru supervizarea activitatii Iu. Conexiunea Iu este eliberata la expiratea acestuia.
MME elimina purtatoarele si trimite un mesaj comanda eliberarii contextului UE la eNodeB.
eNodeB trimite confirmarea eliberarea contextului UE completa la MME.
Contextele conexiunilor PDN si al purtatorelor care au fost transferate la Gn/Gp-SGSN sunt sterse din SGW prin trimiterea mesajului cerere de stergere a sesiunii. SGW nu redirectioneaza acest mesaj la PDN GW.
SGW raspunde cu mesajul raspunsul stergerii sesiunii.
In MME, purtatoarele EPS sunt sterse si starea UE se schimba in EMM-RADIAT.
Procedura RAU catre S4-SGSN
Atunci cand un UE, din reteaua radio LTE, intra intr-o arie de rutare GSM sau WCDMA care este deservita de S4-SGSN, el initiaza o procedura RAU catre S4-SGSN. MME este conectat la S4-SGSN din PLMN prin intermediul interfetei S3 si trimite prin aceasta interfata contextul purtatorelor EPS, intr-un format GTPv2 care poate fi interpretat de S4-SGSN.
In timpul procedurii de transfer inter-RAT de la LTE la WCDMA, entitatea S4-SGSN verifica daca nivelul QoS al purtatoarelor este mai mare decat cel din plaja de valori QoS (QoS policy map) bazata pe numarul IMSI. Pentru purtatoare cu rata de transfer garantata (Guaranteed Bit Rate – GBR), dupa procedura RAU sunt dezactivate toate purtatorele care au un nivel QoS mai mare decat limita mentionata anterior (QoS policy map). In cazul purtatorelor non-GBR, parametrul APN-AMBR, rata de transfer maxima cumulata APN, este redus daca acesta este mai mare decat nivelul QoS bazat pe seria IMSI sau cel bazat pe RNC.
Procedura de actualizare a ariei de rutare poate fi realizata cu relocarea sau nu a SGW.
Procedura RAU neacceptata
Procedura de actualizare a ariei de rutare poate fi abandonata de SGSN, caz in care este trimis la UE sau MS un mesaj RAU respinsa care contine si motivul acestei respingeri. Sau poate fi ignorata fara ca UE sau MS sa fie informati.
Mobilitatea cu flux de date
Un echipament de utilizator, inregistrat la un MME din reteaua LTE, care are sesiuni in curs de desfasurare se poate muta intr-o celula GSM sau WCDMA deservita de Gn/Gp-SGSN sau S4-SGSN. Intrucat noua arie de rutare in care ajunge UE nu este inregistrata in retea, acesta initiaza o procedura de actualizare a ariei de ruatre catre S4-SGSN sau catre Gn/Gp-SGSN. Pentru mentinerea acestor sesiuni, in mesajul cerere RAU este indicat fanionul urmarire la cerere.
Daca este activa functia de selectie statica, MME sursa o foloseste pentru a gasi SGSN tinta in timpul procedurii de transfer inter-RAT (IRAT).
Transferul inter-RAT de la E-UTRAN la UTRAN in modul Iu
O conditie prealabila a procedurii de transfer este starea ECM-CONECTAT a echipamentului de utilizator. Procedura este divizata in faza de pregatire si cea de executie.
Faza de pregatire
Figura 4.2 Transferul inter-RAT de la E-UTRAN la UTRAN in modul Iu, faza de pregatire
Statia de baza sursa, eNodeB, decide sa initieze transferul inter-RAT la reteaua de acces tinta, UTRAN in modul Iu. In acest moment, datele de utilizator UL si DL sunt transmise prin: purtatoare intre UE si eNodeB sursa, prin tunele GTP intre eNodeB sursa, SGW si PDN GW.
eNodeB sursa trimite un mesaj transfer necesar la MME sursa, prin care solicita retelei centrale rezervarea resurselor in entitatile tinta RNC, SGSN si SGW. Atunci cand celula tinta este una CSG, eNodeB sursa ar trebui sa includa CSG ID al celului respective.
MME sursa initiaza procedura de alocare a resurselor pentru transfer trimitand mesajul cerere de redirectionare a relocarii la SGSN tinta. Acesta mesaj poate contine o serie de parametri, precum IMSI, CSG ID, conexiunile PDN, contextul MM, suportul ISR etc. Acest mesaj inlcude toate conexiunile PDN active in sistemul sursa, respectiv APN asociat fiecareia dintre ele si o lista a contextelor purtatoarelor EPS.
Atunci cand CSG ID este furnizat de eNodeB, MME sursa trebuie sa efectueze controlul accesului, verificand subscriptia CSG a UE. Daca nu exista o abonare CSG corespunzatoare CSG ID furnizat de statia de baza sau daca aceasta a expirat, MME va respinge transferul. O exceptie in acest sens fiind data de situatia in care UE are purtatoare de servicii urgente. CSG ID este inclus in mesajul trimis de MME sursa la SGSN tinta atunci cand celula tinta este o celula CSG.
Informatia cu privire la suportul ISR este inclusa atunci cand MME sursa si poarta SGW asociata sunt capabile sa activeze ISR pentru echipamentul de utilizator.
SGSN tinta realizeaza mapare 1-la-1 a purtatorelor EPS la contextele PDP. Contextul MME contine informatii legate de securitate, de exemplu, algoritmii de cifrare suportati.
SGSN tinta determina daca SGW trebuie sa fie relocat, de exemplu, din cauza schimbarii PLMN. In cazul in care este necesara relocarea, SGSN realizeaza selectia SGW si trimite un mesaj cerere de creare a sesiunii pe fiecare conexiune PDN. In acest mesaj este inclus parametrul Tipul protocolului prin S5/S8 prin care SGW este infomat cu privire la tipul protocolului ce trebuie utilizat prin interfata S5/S8. De asemenea, SGSN tinta stabileste contextul purtatoarelor EPS in ordinea indicata si le dezactiveaza pe cele care nu pot fi stabilite.
SGW tinta aloca resursele locale si returneaza un mesaj Raspunsul crearii sesiunii la SGSN tinta.
SGSN tinta solicita RNC-ului tinta stabilirea resurselor in reteaua radio (RABs) prin trimiterea unui mesaj Cerere de relocare. Daca contextul MM contine Restrictii de Acces, RNC tinta va restrictiona transferul unui UE in modul conectat la o tehnologie de acces radio (RAT) interzisa prin aceste restrictii. Si in aceasta etapa este verificata susbscriptia CSG corespunzatoare CSG ID furnizat de SGSN tinta.
Pentru fiecare RAB solicitata, lista corespunzatoare acestora trebuie sa contina RAB ID, parametri RAB care dau profilul Qos, adresa nivelului transport care reprezinta adresa SGW pentru UP (daca este utilizat tunel direct) sau adresa SGSN pentru UP (daca nu este utilizat tunel direct).
RNC tinta aloca resursele solicitate de SGSN si returneaza parametri aplicabili la acesta, prin intermediul mesajului Confirmarea cererii de relocare. Acest mesaj contine lista RAB-urilor configurate si a celor pentru care a esuat congifurarea. In urma trimterii acestui mesaj, RNC tinta este pregatit sa receptioneze PDUs GTP DL de la SGW sau de la SGSN tinta daca nu se utilizeaza tunel direct, pentru RABs acceptate. Orice context al unei purtatoare EPS pentru care nu a fost stabilit un RAB sunt mentinute in SGSN tinta si UE. Acestea sunt dezactivate de SGSN, prin proceduri specifice, la finalizarea procedurii de actualizare a ariei de rutare (RAU).
Daca se foloseste redirectionarea indirecta si relocarea SGW si se utilizeaza tunel direct, SGSN tinta trimite mesajul cerere de creare a tunelului de redirectionare indirecta a a datelor (Adresa RNC tinta) la SGW, iar in cazul in care nu se utilizeaza tunel direct SGSN trimite mesajul cerere de creare a tunelului de redirectionare indirecta a a datelor (adresa SGSN). Redirectionarea indirecta poate fi efectuata printr-o poarta SGW diferita de cea folosita ca punct de ancorare (fixare) pentru UE.
SGW returneaza raspunsul crearii tunelului de redirectionare indirecta a datelor (adresa SGW) la SGSN tinta.
SGSN tinta trimite mesajul raspunsul redirectionarii relocarii (adresa SGSN pentru CP, informatii despre RAB, indicatia schimbarii SGW) la MME sursa.
Daca se foloseste Redirectionarea indirecta, MME sursa tirmite mesajul cerere de creare a tunelului de redirectionare indirecta a a datelor la SGW utilizat pentru redirectionarea indirecta a datelor.
SGW returneaza parametri de redirectionare prin trimiterea mesajului raspunsul crearii tunelului de redirectionare indirecta a datelor (adresa SGW). In cazul in care SGW nu suporta redirectionarea datelor, va fi returnata cauza respingerii acestui proces, iar aresa SGW nu va fi inclusa in acest mesaj.
In acest moment, eNodeB sursa continua sa receptioneze PDU UL si DL ale UP.
Faza de executie
Figura 4.3 Transferul inter-RAT de la E-UTRAN la UTRAN in modul Iu, faza de executie
MME sursa finalizeaza faza de pregatire trimitand mesajul comanda transfer (lista E-RABs ce trebuie eliberate, lista purtatoarelor supuse redirectionarii datelor) la eNodeB sursa. eNodeB sursa initiaza expedierea datelor pentru purtatoarele incluse in lista mentionata anterior. Transmiterea datelor se poate realiza direct la RNC tinta sau, alternativ, prin SGW, daca asa decide MME sursa si/sau SGSN tinta, in faza de pregatire.
Prin mesajul comanda HO de la E-UTRAN , eNodeB comanda transferul (Handover – HO) echipamentului de utilizator la reteaua de acces tinta. Acest mesaj contine un container transparent ce include parametri radio configurati de RNC in faza de pregatire. Dupa receptia acestui mesaj, UE va asocia ID-ul purtatoarelor sale la RABs corespunzatoare si va intrerupe transmisia in sens ascendent a datelor UP.
–
UE se muta in sistemul tinta, UTRAN Iu (3G), executand transferul pe baza parametrilor radio continuti in mesajul primit de la statia de baza.
RNC tinta trimite mesajul relocare completa la SGSN. Scopul acestei proceduri este de a indica finalizarea mutarii din reteaua de acces E-UTRAN la RNC. Dupa primire acestui mesaj, SGSN tinta trebuie sa fie pregatit sa primeasca date de la RNC tinta. Fiecare N-PDU UL receptionat de SGSN tinta va fi redirectionat direct la SGW.
In urmatoarea etapa, noul SGSN anunta MME sursa ca UE a ajuns in reteaua de acces tinta prin trimterea mesajului notificarea redirectionarii relocarii complete (ISR activ, schimabarea SGW). Daca este indicat parametrul ISR activ, MME sursa ar trebui sa pastreze contextul UE si sa activeze ISR, lucru posibil doar cand SGW nu este schimbat. In MME sursa este pornit un timer pentru supervizarea eliberarii resurselor in entitatile sursa eNodB si SGW (pentru cazul cu relocare de SGW). Cand acesta expira si SGSN tinta nu indica parametrul ISR activat, MME sursa elibereaza toate resursele purtatorelor corespunzatoare echipamentului de utilizator. Daca schimbarea SGW este indicata si timer-ul expira, MME sursa sterge resursele purtatoarelor EPS prin trimiterea mesajului cerere de stergerea a sesiunii (cauza, indicarea actiunii) la SGW.
Procedura de transfer este finalizata de SGSN tinta, acesta informand poarta SGW ca el este responsabil de contextul purtatoarelor EPS pe care le-a stabilit UE. Acest lucru se realizeaza prin trimiterea mesajului cerere de modificare a purtatoarei (adresa SGSN pentru CP, tipul RAT, ISR activ) pe fiecare conexiunea PDN. In acest mesaj pot fi incluse si informatii despre locatia UE sau infomatii CSG daca acestea sunt solicitate de PDN GW.
Prin trimiterea, pe fiecare conexiune PDN, a mesajului cerere de modificare a purtatoarei, SGW poate informa PDN GW in legatura cu schimbarea SGW sau a tipului de tehnologie de acces radio (RAT). De asemenea, SGW poate include informatii despre locatia utilizatorului si despre CSG, daca acestea sunt prezente la pasul 7. PDN GW confirma receptionarea acestei cereri prin mesajul raspunsul modificarii purtatoarei.
SGW confirma, prin intermediul mesajului raspunsul modificarii purtatoarei, comutarea planului de utilizator la SGSN tinta. In aceasta etapa, calea planului de utilizator este stabilita pentru toate contextele purtatorelor EPS intre UE, RNC tinta, SGSN tinta (daca nu este utilizat Tunel Direct), SGW si PDN GW.
UE initiaza procedura de actualizare a ariei de rutare atunci cand recunoaste ca aria de rutare curenta nu este inregistrata in retea.
Atunci cand expira timer-ul pornit la pasul 6, MME sursa trimite mesajul eliberarea resurselor la eNodeB si acesta din urma elibereaza resursele asociate echipametului de utilizator. De asemenea, daca la pasul 7 al fazei de pregatire, MME sursa primeste indicatia de schimbare a SGW, acesta va sterge resursele purtatoarelor EPS prin intermediul mesajului cerere de stergere a sesiunii. Iar SGW confirma prin raspunsul stergerii sesiunii.
Daca a fost utilizata redirectionarea indirecta, la expirarea timer-ului pornit la pasul 6, MME sursa trimite cererea de stergere a tunelului pentru redirectionarea indirecta a datelor la SGW. Aceasta are ca scop eliberarea resurselor temporare utilizate pentru redirectionarea indirecta.
Daca a fost utilizata redirectionarea indirecta si SGW este relocat, expirarea aceluiasi timer determina schimbul mesajelor mentionate la pasul 12 intre SGSN tinta si SGW.
Tot in aceasta faza, ca parte a procesului de actualizare a ariei de rutare, SGSN verifica daca transferul trebuie efectuat intr-o arie restrictionata. In cazul in care aria respectiva este limitata, SGSN initiaza procedura de dezactivarea a contextului PDP non-urgent printr-un mesaj cerere de stergere a contextului PDP trimis catre GGSN. Daca acest mesaj continte indicatorul Teardown Ind, GGSN dezactiveaza toate contextele PDP asociata adresei PDP. Acest indicator este utilizat pentru a mentiona faptul ca toate contextele PDP ce impart adresa cu contextul PDP identificat in cerere, vor fi dezactivate. Mai departe, contextul PDP corespunzator este eliminat si in dispozitivul mobil.
Daca UE are in curs de desfasurare purtatoare de servicii urgente, transferul este efectuat independent de lista de restrictii ale transferului. De asemenea, daca acesta are in curs de desfasurare purtatoare de servicii urgente, MME sursa evalueaza transferul la celula CSG tinta, independnt de subscriptia CSG a echipamentului de utilizator. Daca se efectueaza transferul la o celula CSG la care UE nu este abonat, RNC tinta va accepta doar purtatoarele urgente, iar SGSN tinta dezactiveaza contextul PDP non-urgent.
Procedura de transfer poate fi respinsa de RNC tinta daca niciuna dintre RAB-urile solicitate nu au putut fi stabilite. In acest caz, nu sunt alocate resurse si nu exista un context pentru UE in SGSN/RNC, UE ramanand in eNodeB/MME sursa.
Pentru mobilitatea de la LTE la GSM exista proceduri similare celei descrise mai sus, de exemplu, transferul inter-RAT de la E-UTRAN la GERAN in modul A/Gb.
Moblitatea de la GSM sau WCDMA la LTE
Mobilitatea fara flux de date
Atunci cand un UE inregistrat la un SGSN din reteaua GSM sau WCDMA se muta intr-o celua LTE deservita de o entitate de management a moblitatii, dispozitivul mobil ajunge intr-o arie de urmarire neinregistrata in retea. In acest caz, o procedura TAU catre MME este initiata de UE in starea ECM-INACTIV.
Procedura de actualizare a ariei de urmarire de la Gn/Gp-SGSN la MME
Moblitate fara flux de date, de la GSM sau WCDMA la LTE, prin interfata Gn/Gp, se refera la procedurile suportate de un echipament de utilizator atunci cand se deplaseaza dintr-o arie de rutare GSM sau WCDMA intr-o arie de urmarire. In acest caz, o procedura de actualizare a ariei de urmarire este initiata de UE. MME este conectata prin interfata Gn/Gp la Gn/Gp-SGSN din HPLMN. De asemenea, acesta interfata conecteaza Gn/Gp-SGSN la PGW.
Figura 4.4 Procedura de actualizare a ariei de urmarire de la Gn/Gp-SGSN la MME
Atunci cand un UE se deplaseaza dintr-o retea GSM sau WCDMA intr-o retea LTE, o procedura de actualizare a ariei de urmarire este initiata de acesta prin trimitere unui mesaj cerere TAU la MME.
MME selecteaza Gn/Gp-SGSN si ii trimite mesajul cerere context SGSN, prin care solicita contextul MM si contextele PDP pentru UE.
Gn/Gp-SGSN verifica UE si trimite contextele solicitate la pasul anterior. MME verifica daca se aplica restrictii de acces sau roaming. Daca restrictiile de roaming sunt active, MME verifica daca numarul IMSI este restrictionat in TA curenta. Procedura este respinsa daca acesta este restrictionat. In plus, in Gn/Gp-SGSN este pornit un timer de 20 de secunde.
Pot fi efectuate functii de securitate, de exemplu, autentificarea unui abonat. Sunt negociate protectia integritatii si cifrarea. De asemenea, se poate efectua procedura de verificare a IMEI.
MME valideaza contextele PDP de la Gn/Gp-SGSN si le converteste in purtator EPS de informatii.
MME trimite un mesaj confirmarea contextului SGSN la Gn/Gp-SGSN.
Pentru fiecare conexiune PDN, MME trimite mesajul cerere de creare a sesiunii la SGW
SGW trimite cererea de modificare a purtatorei la PGW.
PGW raspunde cu un mesaj raspunsul modificarii purtatoarei, indicand care purtatoare din conexiunea PDN este cea implicita.
SGW trimite mesajul raspunsul crearii sesiunii la MME. Acesta din urma verifica daca lista purtatorelor EPS active contine cel putin una implicita. Toate conexiunile PDN si purtatorele EPS invalide sunt sterse din MME.
MME trimite un mesaj cerere de actualizarea a locatiei la HLR/HSS pentru a informa aceasta entitatea cu privire la schimbarile aparute si pentru a obtine datele de abonament ale utilizatorului. Mesajul poate contine starea utilizatorului si informatii de localizare.
HLR/HSS identifica vechea locatie a UE si trimite un mesaj cerere de anulare a localizarii la Gn/Gp-SGSN.
Gn/Gp-SGSN trimite confirmarea anularii localizarii la HLR/HSS.
HLR/HSS trimite mesajul raspunsul actualizarii locatiei la MME prin care transmite noua locatia echipamentului de utilizator. MME actualizeaza datele de subscriptie, stabileste un context pentru UE si verifica daca conexiunea de semnalizare NAS nu va fi mentinuta dupa finalizarea proceduri TAU.
Mesajul TAU acceptata este trimis se MME la UE. Pentru ca in acest mesaj sunt incluse contextele purtatoarelor EPS active in MME, UE va dezactiva local toate contextele indicate ca fiind inactive in MME, indiferent de starea lor in UE. De asemenea, realocarea GUTI este efectuata.
Noul GUTI este acceptat de UE, acesta returnand un mesaj TAU completa la MME.
MME initiaza procedura de eliberare a interfetei S1 si trimite comanda eliberarii contextului UE la eNodeB.
eNodeB elibereaza resursele asociate echipamentului de utilizator si trimte mesajul eliberarea contextului UE completa. In urma acestei actiuni, UE trece in starea ECM-INACTIV. In plus, inregistrarea abonatului este stearsa din SGSN la expirarea timer-ului pornit la pasul 3.
Daca nu exista o modificarea a calitatii serviciilor purtatorelor initiata de PGW, optional, dupa procedura TAU este efectuata o modificare QoS.
Mobilitatea cu flux de date
Mobilitatea cu flux de date, de la GSM sau WCDMA la LTE, se refera la procedurile pe care le suporta un UE avand sesiuni in curs de desfasurare, atunci cand se deplaseaza dintr-o arie de rutare GSM sau WCDMA la o arie de urmarire LTE. Pentru mentinerea acestor sesiuni, in solicitatea procedurii de actualizare a ariei de urmarire este indicat fanionul activ. Acesta determina restabilirea tuturor RAB-urilor imediat dupa finalizarea procedurii. Procedura TAU cu flux de date este similara celei prezentate in sectiunea anterioara, si anume TAU fara flux de date, dar mesajele corespunzatoare pasilor 17, respectiv 18 nu sunt trimise deoarece sesiunea este mentinura dupa finalizarea procedurii TAU.
Transferul inter-RAT de la UTRAN in modul Iu la E-UTRAN
Procedura de transfer inter-RAT de la UTRAN in modul Iu la E-UTRAN are loc atunci cand reteaua decide sa efectueze un transfer. Decizia de efectuare a transferului PS de la UTRAN Iu la E-UTRAN este luata de retea pe baza masurarilor cu privire la conditiile radio efectuate si raportate de UE la UTRAN RNC.
Daca purtatoare de servicii urgente sunt in curs de desfasurare pentru UE, MME verifica, ca parte a procedurii de actualizare a ariei de urmarire din faza de executie, daca transferul trebuie realizat intr-o arie restrictionata. Daca acesta este, intr-adevar, o arie limitata, MME elibereaza purtatorele de servicii non-urgente prin procedura de deconectare PDN. In timpul acesteia sunt sterse toate purtatoarele corespunzatoare conexiunii PDN pentru care se solicita deconectarea, inclusiv cea implicita.
Daca purtatoare de servicii urgente sunt in curs de desfasurare pentru UE, SGSN sursa evalueaza transferul la celula CSG tinta independent de abonarea CSG a UE. Daca transferul trebuie efectuat la o celula CSG la care UE nu este abonat, eNodeB tinta accepta doar purtatoarele de servicii urgente, iar MME elibereaza conexiunile PDN non-urgente care nu au fost acceptate de eNodeB.
Faza de pregatire
Figura 4.3 Transfer inter-RAT de la UTRAN Iu la E-UTRAN, faza de pregatire
RNC sursa decide sa intieze transferul inter-RAT la E-UTRAN. In acest moment, datele de utilizator UL si DL sunt transmise prin: purtatoare intre UE si RNC sursa, prin tunele GTP intre RNC sursa, SGSN sursa (doar daca nu este utilizat tunel direct), SGW si PDN GW.
RNC sursa trimite un mesaj relocare necasara (cauza, identificator eNodeB tinta, identificator RNC sursa, lista purtoarelor ce solicita redirectionarea datelor) la SGSN sursa, prin care solicita retelei centrale stabilirea resurselor in entitatile tinta eNodeB, MME si SGW. Lista purtatoarelor contine RABs pentru care RNC sursa decide ca este necesara redirectionarea (directa sau indirecta) datelor.
SGSN sursa initiaza procedura de alocarea a resurselor pentru transfer, prin trimiterea la MME tinta a unui mesaj, cerere de redirectionarea a relocarii, ce contine o serie de parametri, precum: IMSI, CSG ID, conexiuni PDN, context MM, suportul pentru ISR etc. Acest mesaj contine contextul tuturor purtatoarelor EPS corespunzatoare purtatoarelor stabilite in sistemul sursa. De asemenea, mesajul contine toate conexiunile PDN active in sistemul sursa si APN asociat fiecareia dintre acestea. Mai mult, SGSN sursa trebuie sa efectueze controlul accesului prin verficarea subscriptiei CSG a UE atunci cand RNC sursa furnizeaza CSG ID. Daca nu exista date de subscriptie pentru acel CSG ID sau daca aceasta a expirat, RNC va respinge transferul, cu exceptia cazului in care UE are purtatoare de servicii urgente, daca celula tinta este o celula CSG. Contextul MM contine informatii legate de securitate. Algoritmul de cifrare NAS ci cel de integritate sunt alese de MME tinta, iar acestea vor fi trimise transparent de la eNodeB tinta la UE. In plus, MME tinta realizaeaza maparea 1-la-1 a contextelor PDP la purtatoarele EPS. Acestea din urma fiind stabilite de MME tinta in ordinea indicata si dezactivandu-le pe cele ce nu pot fi stabilite.
MME tinta determina daca SGW trebuie sa fie relocat, de exemplu, din cauza schimbarii PLMN. In cazul in care este necesara relocarea, MME realizeaza selectia noului SGW si trimite un mesaj Cerere de creare a sesiunii (IMSI, adresa MME pentru CP, adresa PDN GW pentru UP, adresa PDN GW pentru CP, Tipul protocolului prin S5/S8) pe fiecare conexiune PDN la SGW tinta. In acest mesaj este inclus parametrul Tipul protocolului prin S5/S8 prin care SGW este infomat cu privire la tipul protocolului ce trebuie utilizat prin interfata S5/S8.
SGW tinta aloca resurse locale si returneaza mesajul raspunsul crearii sesiunii la MME tinta.
MME tinta solicita statiei de baza, eNodeB tinta, stabilirea purtatoarelor prin trimiterea unui mesaj cerere de transfer (lista purtatoarelor EPS ce trebuie configurare, CSG ID). Daca celula tinta este una CSG, eNodeB corespunzator trebuie sa CSG IP primit de la MME si sa respinga transferul in cazul in care acesta nu corespunde cu CSG ID al celulei tinta.
eNodeB tinta aloca resursele solicitate de MME si ii returneaza parametri aplicabili prin confirmarerea cererii de transfer. Dupa trimiterea acestui mesaj, eNodeB tinta ar trebui sa fie pregatit sa receptioneze PDUs DL pentru puratoarele EPS acceptate, de la SGW.
Daca se aplica redirectionarea indirecta si relocarea SGW, tinta trimite mesajul cerere de creare a tunelului de redirectionare indirecta a a datelor la SGW. Redirectionarea indirecta poate fi efectuata printr-o poarta SGW diferita de cea folosita ca punct de ancorare (fixare) pentru UE.
SGW returneaza raspunsul crearii tunelului de redirectionare indirecta a datelor la MME.
MME trimite mesajul raspunsul redirectionarii relocarii (lista RAB-urilor ce trebuie configurate si a purtatoarelor EPS, adresa MME pentru CP, indicarea schimbarii SGW) la SGSN sursa.
Daca se aplica redirectionarea indirecta, SGSN sursa trimite mesajul mesajul cerere de creare a tunelului de redirectionare indirecta a a datelor la SGW utilizat pentru trimiterea datelor.
SGW returneaza parametri UP de redirectionare prin trimiterea mesajului raspunsul crearii tunelului de redirectionare indirecta a datelor. In cazul in care SGW nu suporta redirijarea datelor, acesta va returna o cauza corespunzatoare, iar adresa sa nu va fi inclusa in mesaj.
In acest moment, RNC sursa continua sa primeasca PDUs UL si DL ale planului de utilizator.
Faza de excutie
Figura 4.4 Transfer inter-RAT de la UTRAN Iu la E-UTRAN, faza de executie
Faza de pregatire este finalizata de SGSN sursa prin trimiterea unui mesaj comanda relocarii la RNC sursa. Acest mesaj poate contine o lista a RAB-urilor pentru care nu au putut fi stabilite purtatoare in eNodeB tinta.
Urmatoarea etapa consta in trimiterea unui mesaj comanda HO de la UTRAN prin care RNC ii comanda echipamentului de utilizator transferul la eNodeB tinta. Mesajele specifice retelei radio, trimise la UE, contin parametri radio setati de eNodeB tinta in faza de pregatire. Dupa receptionarea mesajului, UE asociaza ID-ul RAB-urilor sale la ID-ul purtatoarelor corespunzatoare si va intrerupe transmisia in sens ascendent a datelor planului de utilizator.
–
Astfel, UE se muta in reteaua de acces E-UTRAN si efectueaza procedurile de acces la eNodeB tinta.
UE trimite mesajul transfer la E-UTRAN complet la eNodeB tinta atunci cand are acces la acesta. In acest pas, UE dezactiveaza implicit purtatorele EPS pentru care nu s-a putut stabili un E-RAB.
MME este informat ca UE are acces la eNodeB prin mesajul semnalarea transferului.
La randul sau, SGSN sursa primeste aceeasi informatie in legatura cu UE prin mesajul notificarea redirectionarii relocarii complete primit de la MME tinta. SGSN porneste un timer pentru supervizarea eliberarii resurselor in RNC sursa si SGW. In urma confirmarii primite de la SGSN, daca se aplica redirectionarea indirecta, MME porneste un timer.
Procedura de transfer inter-RAT este finalizata de MME tinta prin informarea SGW ca responsabil de toate purtatoarele stabilite de UE este MME. Acest lucru se realizeaza prin trimiterea mesajului cerere de modificare a purtatoarei pe fiecare conexiune PDN. Daca PDN GW solicita locatia UE si ingormatii CSG, atunci acestea vor fi incluse in acest mesaj. Tot in aceasta etapa, prin intermediul unor proceduri specifice, MME elibereaza purtatoarele neacceptate. Daca SGW primeste un pachet DL pentru o purtatoare neacceptata, acesta va arunca acest pachet fara ca MME sa fie informat.
Prin trimiterea, pe fiecare conexiune PDN, a mesajului cerere de modificare a purtatoarei, SGW poate informa PDN GW in legatura cu relocarea SGW sau schimbarea tipului de tehnologie de acces radio (RAT). De asemenea, SGW poate include informatii despre locatia utilizatorului si informatii CSG, daca acestea sunt prezente la pasul 8. PDN GW confirma receptionarea acestei cereri prin mesajul raspunsul modificarii purtatoarei.
SGW confirma, prin intermediul mesajului raspunsul modificarii purtatoarei, comutarea planului de utilizator la MME tinta. In aceasta etapa, calea planului de utilizator este stabilita pentru toate purtatoarele intre UE, eNodeB tinta, SGW si PDN GW.
Procedura de actualizare a ariei de urmarire este initiata de UE in oricare din situatile mentionate in seciunea 3.1.9.
La expirarea timer-ului pornit la pasul 7, SGSN sursa elibereaza toate resursele dintre el si RNC, trimitand procedura de eliberare Iu la acesta din urma. In aceleasi conditii, daca SGSN receptioneaza indicatia schimbarii SGW, in mesajul de la pasul 7 al fazei de pregatire, el va elimina resursele purtatoarelor EPS prin cererea de stergere a seisunii.
Daca a fost utilizata redirectionarea indirecta, atunci la expirarea timer-ului pornit in SGSN sursa la pasul 7, SGSN sursa trimite cererea de stergere a tunelului pentru redirectionarea indirecta a datelor la SGW. Aceasta avand ca scop eliberarea resurselor temporare utilizate pentru redirectionarea indirecta.
Daca a fost utilizata redirectionarea indirecta si SGW este relocat, atunci expirarea timer-ului pornit in MME tinta il determina pe acesta sa trimita cererea de stergere a tunelului pentru redirectionarea indirecta a datelor la SGW tinta. Aceasta avand ca scop eliberarea resurselor temporare utilizate pentru redirectionarea indirecta.
Pentru mobilitatea de la LTE la GSM exista proceduri similare celei descrise mai sus, de exemplu, transferul inter-RAT de la GERAN in modul A/Gb la E-UTRAN.
Mobilitatea intre LTE si retele non-3GPP
Arhitectura EPC a fost proiectata astfel incat sa permita interconectarea cu aproape orice tehnologie de acces. Astfel, utilizand procedura de transfer, abonatii se pot deplasa intre sisteme de acces 3GPP si non-3GPP. Acest tip de transfer este efectuat prin mutarea unei singure conexiuni PDN la un moment dat. Prima conexiune este mutata utilizand procedura de atasare.
Retelele de acces non-3GPP pot fi impartite in categoria celor de incredere si a celor care nu sunt de incredere.
Retelele de acces non-3GPP considerate de incredere pot interactiona direct cu EPC;
Retelele de acces non-3GPP care nu sunt considerate de incredere, interactioneaza cu EPC prin intermediul unei entitati numita poarta evoluata a pachetelor de date (Evolved Packet Data Gateway – ePDG). Rolul principal al acestei entitati este de a asigura mechanisme de securitate, cum ar fi tunelul IPsec pentru conexiunile cu UE prin retele de acces non-3GPP din cea de-a doua categorie.
Standardele 3GPP nu spcifica ce tehnologie non-3GPP trebuie considerata de incredere sau nu, acesta decizie este luata de operator. Termenul non-3GPP se refera la faptul ca aceste tehnologii nu au fost definite in 3GPP. Aceste tehnologii include WiMAX, cdma2000, WLAN sau retele fixe.
Un transfer inter-sistem intre sistemele de acces 3GPP si non-3GPP, permite unui utilizator sa se mute dintr-o retea LTE intr-o retea non-3GPP. Procedura este initiata de retea pentru a minimiza interuperea serviciului.
Mobilitatea intre E-UTRAN si cdma2000 1x
Sistemul va suporta continuitatea perfecta a serviciului de voce de la E-UTRAN la cdma2000 1xRTT. De asemenea, sistemul va suporta interactiunea bidirectionala a serviciului de date intre E-UTRAN si cdma2000 1xRTT. Insa, in acest caz, nu exista cerinte ca serviciul sa fie perfect.
Figura 4.5 Transferul de la E-UTRAN la cdma2000 1x
Inregistrarea si tansferul sunt efectuate imediat dupa ce se ia decizia de transfer. Pe baza rapoartelor de masurare, receptionate de la UE, eNodeB initiaza transferul trimitand mesajul 3GPP comanda transferului de la E-UTRAN la UE. Acest mesaj include tipul tintei si parametri de acces specifici 1xRTT necesari echipamentului de utilizator. Parametri de acces 1xRTT si cei suplimentari sunt transportati de E-UTRAN, transparent, pentru a asista transferul la sistemele 1xRTT.
Mobilitatea de la cdma2000 1xRTT la E-UTRAN este suportata in modul inactiv, pentru starea activa nu este specificata moblitatea continua.
Mobilitatea intre E-UTRAN si retelele WiMAX
Vor fi indeplinite urmatorele cerinte de nivel inalt:
Trebuie sa fie posibil ca operatorul sa furnizeze echipamentului de utilizator informatii referitoare la tehnologiile de acces WiMAX suportate. Aceste informatii pot contine preferintele operatorului in functie de tehnologiile de acces WiMAX disponibile.
Sistemul evoluat 3GPP va suporta continuitatea bidirectionala a serviciului intre WiMAX si E-UTRAN.
Sistemul evouluat 3GPP va suporta continuitatea perfecta a serviciului de voce intre E-UTRAN si WiMAX, in ambele directii.
Sistemul evoluat 3GPP va suporta scenariile de mobilitate mentionate mai sus pentru UEs cu solutii radio singulare, cat si duale.
Solutia ar trebui sa aiba impact minim asupra dezvoltarii sistemelor WiMAX.
Transferul de la E-UTRAN la WiMAX
O conditie prealabila pentru procedura de transfer este atasarea UE la reteaua WiMAX in timpul pre-inregistarii. Pre-inregistrarea permite echipamentului de utilizator atasarea anticipata la WiMAX. Reduce timpul necesar procesului de transfer si, de asemenea, riscul ca UE sa experimenteze o defectiune a legaturii radio in timp ce asteapta finalizarea pregatirii transferului in WiMAX.
Figura 4.6 Transfer optimizat de la E-UTRAN la WiMAX
Pe baza unui raport de masurare receptionat de la UE, E-UTRAN ii poate cere acestuia sa efectueze masurari WiMAX.
Prin reconfigurarea conexiunii RRC sunt trimise configuratii pentru masurarile WiMAX si rapoartele de masurare.
Pe baza configurartiilor primite la pasul anterior, UE efectueaza masurari in WiMAX.
Pe baza configuratiilor pentru rapoartele de masurare primite la pasul 2, UE trimite raportul de masurare .
Pe baza acestui raport de masurare primit de la UE, E-UTRAN poate decide transferul la WiMAX.
Prin mesajul comanda transfer, E-UTRAN solicita echipamentului de utilizator initierea procedurii de transfer la WiMAX. Urmatorii pasi vor fi parcursi doar daca este suportat transferul optimizat. In caz contrar, dupa primirea acestei comenzi, UE va parasi reteaua de acces radio 3GPP si va efectua procedura de transfer specifica WiMAX.
UE initiaza transferul la WiMAX printr-un mesaj WiMAX HO REQ, acesta include ID-ul statiei de baza WiMAX tinta.
Rezervarea resurselor in WiMAX. De asemenea, poate avea loc comutarea caii.
WiMAX trimite un mesaj WiMAX HO RSP care include ID-ul statiei de baza (BS) tinta.
UE trimite un mesaj WiMAX HO IND pentru a informa reteaua WiMAX ca a inceput transferul la BS indicata.
UE paraseste reteaua de acces E-UTRAN si are loc comutarea la reteaua de acces WiMAX.
UE efectueaza proceduri de acces specifice WiMAX. Este initiata comutarea caii daca nu a fost efectuata la pasul 8.
Transferul de la WiMAX la E-UTRAN
Conditia prealabila este atasarea UE la reteaua de acces E-UTRAN in timpul procedurii de pre-inregistrare.
Figura 4.7 Transfer optimizat de la WiMAX la E-UTRAN
Deciza de transfer este luata fie de UE, fie de retea.
UE initiazat transferul la E-UTRAN prin trimiterea raportului de masurare care contine si rezultatul masurarilor in E-UTRAN.
Sunt rezervate resurse in E-UTRAN tinta.
E-UTRAN trimite comanda transfer la UE.
UE paraseste reteaua de acces radio WiMAX si se efectueaza comutarea la reteaua de acces E-UTRAN.
UE efecueaza procedurile de acces si trimite mesajul confirmare tansfer.
Copyright Notice
© Licențiada.org respectă drepturile de proprietate intelectuală și așteaptă ca toți utilizatorii să facă același lucru. Dacă consideri că un conținut de pe site încalcă drepturile tale de autor, te rugăm să trimiți o notificare DMCA.
Acest articol: Managementul Mobilitatii Inter Sistem (ID: 162716)
Dacă considerați că acest conținut vă încalcă drepturile de autor, vă rugăm să depuneți o cerere pe pagina noastră Copyright Takedown.