Mobilitatea Lte
Listă de figuri
Figura 1.1 Evoluția de la GSM la LTE
Figura 1.2 Interfețele X2 și S1
Figura 1.3 OFDMA și SC-FDMA
Figura 1.4 Structura GUTI
Figura 1.5 Prezentarea generală LTE (gsm to lte)
Figura 1.6 Interfețele S6a și S6d
Figura 1.7 Agregarea purtătoarelor [5]
Figura 1.8 Suportul nodurilor releu [5]
Figura 2.1 Comparație între transferurile soft și hard
Figura 2.2 Configurarea rețelei pentru accesul la serviciile CS
Figura 3.1-1 Modelul stării EMM în UE [16]
Figura 3.1-2 Modelul stării EMM în MME
Figura 3.2-1 Modelul stării ECM în UE [16]
Figura 3.2-2 Modelul stării ECM în MME [16]
Figura 3.3 Procedura TAU periodică
Figura 3.4 Procedura TAU intra-MME cu relocare de SGW
Figura 3.5 Procedura TAU inter-MME cu relocare de SGW
Figura 3.6 Transferul bazat pe interfața X2, intra-MME, cu relocare de SGW; faza de completare
Figura 3.7 Transfer bazat pe interfața S1, inter-MME, cu relocare de SGW
Figura 4.1 Procedura RAU către Gn/Gp-SGSN
Figura 4.2 Transferul inter-RAT de la E-UTRAN la UTRAN în modul Iu, faza de pregătire
Figura 4.3 Transferul inter-RAT de la E-UTRAN la UTRAN în modul Iu, faza de execuție
Figura 4.4 Procedura de actualizare a ariei de urmărire de la Gn/Gp-SGSN la MME
Figura 4.5 Arhitectura EPS pentru CSFB și SMS prin SGs [21]
Figura 4.6 Arhitectura SRVCC pentru E-UTRAN la 3GPP UTRAN/GERAN [24]
Listă de tabele
Tabelul 1.1 Categorii de UE [2]
Tabelul 1.2 Cerințele de performanță ale sistemului [6]
Lista acronimelor
1G First Generation – Prima generație
2G Second Generation – A doua generație
3G Third Generation – A treia generație
3GPP The third Generation Partnership Project – Proiectul de Parteneriat pentru Generația a 3-a
4G Fourth Generation – A patra generație
AMBR Aggregate Maximum Bit Rate – Rată de transfer maximă agregată
AMPS Advanced Mobile Phone Service – Serviciu avansat de telefonie mobilă
APN Access Point Name – Numele punctului de acces
ATM Asynchronous Transfer Mode – Modul de transfer asincron
AuC Authentication Center – Centrul de autentificare
BSC Base Station Contoller – Controlerul stației de bază
BSS Base Station Subsystem – Subsistemul stației de bază
BTS Base Transceiver Station – Echipamentul de emisie/recepție al stației de bază
CA Carrier Aggregation – Agregarea purtătoarelor
CC Component Carrier – Purtătoare componentă
CDMA Code Division Multiple Access
CN Core Network – Nucleul rețelei
CoMP Coordinated Multipoint Operation – Operația de coordonare multipunct
CP Control Plane – Plan de control
CS Circuit-Switched – Comutare circuite
CSFB Circuit Switched FallBack – Revenirea la circuite comutate
CSG Closed Subscriber Group – Grupul închis de abonați
D-AMPS Digital AMPS- AMPS digital
DeNB Donor eNB
DiffServ Differentiated Services – Servicii diferențiate
DL Downlink – Legătură descendentă
DNS Domain Name System – Sistem de nume de domeniu
E-RAB Radio Access Bearer – Purtătoare de acces radio
E-UTRAN Evolved UMTS Terrestrial Radio Access Networks – Rețea de acces radio
ECM EPS Connection Management – Managementul conexiunii EPS
EDGE Enhanced Datarates for GSM Evolution – Rate de transfer îmbunătățite pentru evoluția GSM
EIR Equipment Identity Register – Registrul de identificare a echipamentelor
eNB Evolved Universal Terrestrial Radio Access Network Base Stations – Stație de bază
eNodeB Evolved Universal Terrestrial Radio Access Network Base Stations – Stație de bază
EMM EPS Mobility Management – Mangementul mobilității EPS
EPC Evolved Packet Core – Nucleu de pachete evoluat
EPS Evolved Packet System – Sistem de pachete evoulat
ESM EPS Session Management – Managementul sesiunii EPS
FDD Frequency Division Duplex – Duplexare în frecvență
FDMA Frequency Division Multiple Access – Acces multiplu cu diviziune în frecvență
GA Geographical Area – Arie geografică
GAN Geographical Area Name – Numele ariei geografice
Gb Interfața dintre SGSN și BSS
GBR Guaranteed Bit Rate – Rată de transfer garantată
GERAN Rețea de acces radio GSM EDGE
GGSN Gateway GPRS Suport Node – Poarta suport pentru platform de servicii radio GPRS
GMM GPRS Mobility Management – Managementul mobilității GPRS
GMSC Gateway MSC – Poarta de interconectare MSC
Gn/Gp Interfețele dintre SGSN și SGSN/GGSN
Gn/Gp-SGSN SGSN ce are activă interfețele Gn/Gp
GPRS General Packet Radio Service – Serviciul radio de transfer de pachete de date
GSM Global System for Mobile Communications – Sistem global pentru comunicații mobile
GTP GPRS Tunneling Protocol – Protocol de tunelare GPRS
GTPv1 GTP version 1 – GTP versiunea 1
GTPv2 GTP version 2 – GTP versiunea 2
GUMMEI Globally Unique MME Identifier – Identificatorul unic global al MME
GUTI Global Unique Temporary Identity – Identitate globală unică temporară
HLR Home Location Register – Registrul de localizare a abonaților proprii
HO Handover – Transfer
HSDPA High Speed Downlink Packet Access – Accesul la pachete de date prin legături descendente de mare viteză
HSPA High Speed Packet Access – Accesul la pachete de date prin legături de mare viteză
HSS Home Subscriber Server – Serverul local pentru profilele abonaților
HSUPA High Speed Uplink Packet Access – Accesul la pachete de date prin legături ascendente de mare viteză
IMEI International Mobile Station Equipment Identity – Identitatea internațională a echipamentului mobil
IMEISV IMEI software version – Versiunea de software IMEI
IMS IP Multimedia Subsystem – Subsistemul multimedia IP
IMSI International Mobile Subscriber Identity – Identitatea internațională a abonatului mobil
IMT International Mobile Telecommunications -Telecomunicții mobile internaționale
IP Internet Protocol – Protocolul internet
IRAT Inter- Radio Access Technology – Inter- Tehnologie de acces radio
ISR Idle state Siganlling Reduction – Reducerea semnalizării în starea inactivă
ITU International Telecommunication Union – Uniunea Internațională a Telecomunicațiilor
ITU-R Uniunea Internațională a Telecomunicațiilor-sectorul comunicațiilor publice radio
IuCS Interfața dintre MSC și RNC/BSC
IuPS Interfața dintre SGSN și RNC/BSC
LA Location Area – Arie de localizare
LAI Location Area Identity – Identificatorul ariei de localizare
LAN Local Area Network – Rețea locală
LTE Long-Term Evolution – Evoluție pe termen lung
LTE-A Long-Term Evolution-Advanced – Evoluție pe termen lung-Avansat
LTE-UE Interfața între UE și eNodeB
M-TMSI Temporary Mobile Subscriber Identity – Identitate temporară a abonatului mobil
MAC Medium Access Control – Controlul accesului la mediu
MAHO Mobile Assisted Handover – Transfer asistat de mobil
MBMS Multimedia Broadcast/Multicast Service – Difuzare multimedia/Serviciu multicast
MBR Maximum Bit Rate – Rata maximă de transfer
MCC Mobile Country Code – Codul mobil de țară
MCHO Mobile Controlled Handover – Transfer controlat de mobil
MIMO Multiple Input Multiple Output – Intrări multiple ieșiri multiple
MM Mobility Management – Managementul mobilității
MME Mobility Management Entity – Entitatea de management a moblității
MMEC MME Code – Code MME Identifică unic un MME în aria de MME-uri
MMEGI MME Group Identity – Identificatorul grupului MME
MMEI MME Identifier – Identificatorul MME Identifică unic un MME într-o rețea particulară
MNC Mobile Network Code – Codul rețelei mobile
MO Mobile Originated – Originat de mobil
MPLS Multiprotocol Label Switching – Comutarea multiprotocol cu etichetă
MS Mobile Station – Stație mobilă
MSC Mobile Switching Center – Centrală de comutare a serviciilor
MSIN Mobile Subscriber Identification Number – Identificator unic al abonatului în cadrul unei rețele publice mobile
MSISDN Mobile Station Integrated Services Digital Network – Numărul ISDN al stației mobile
MT Mobile Terminated – Terminat de mobil
NAS Non-Acccess Stratum – Strat non-acces
NCHO Network Controlled Handover -Transfer controlat de rețea
NMT Nordic Mobile Telephone – Sistemul de telefonie celulară
NodeB Stație de bază
OFDM Orthogonal Frequency Division Multiplexing – Tehnica multiplexării cu diviziune în frecvență ortogonală
OFDMA Orthogonal Frequency Division Multiple Access – Acces multiplu multiplexării cu diviziune în frecvență ortogonală
PCU Packet Control Unit – Unitatea de control a pachetelor
PDCP Packet Data Convergence Protocol – Protocol de convergențăa pachetelor de date
PDN Packet Data Network – Rețea de pachete de date
PDN GW Packet Data Network Gateway – Poartă de acces rețea de pachete de date
PDP Packet Data Network – Rețea de pachete de date
PHY Physical Layer – Nivel fizic
PLMN Public Land Mobile Network – Rețea publică mobilă terestră
PS Packet Switched – Comutare circuite
QAM Quadrature Amplitude Modulation – Modulație de amplitudine în cuadratură
QoS Quality of Service – Calitatea serviciului
RAN Radio Access Network – Rețea de acces radio
RAT Radio Access Technology -Tehnologie de acces radio
RAU Routing Area Update – Actualizarea ariei de rutare
RB Radio Bearer – Purtătoare radio
RF Radio Frequency – Frecvență radio
RLC Radio Link Control – Controlul legăturii radio
RN Relay Nodes – Noduri releu
RNC Radio Network Controller – Controlerul rețelei radio
RRC Radio Resource Control – Controlul resurselor radio
RX Receiver/ Receive – Receptor
S1-AP
S1-MME Interfața dintre MME și eNodeB
S1-U Interfața dintre eNodeB și SGW
S1 Interfața dintre eNodB și EPC
S10 Interfața dintre MME-uri
S11 Interfața dintre MME și SGW
S16 Interfața dintre două S4-SGSN
S3 Interfața dintre MME și SGSN
S4 Interfața dintre SGW și SGSN
S4-SGSN SGSN ce are activă interfața
S5 Interfața dintre PGW și SGW
S5/S8 Interfața dintre SGW și PDN GW
S6a Interfața dintre MME și HSS
S6d Interfața dintre SGSN și HSS
SAE System Architecture Evolution – Evoluția arhitecturii sistemului
SC-FDMA Single-Carrier Frequency Division Multiple Access – Acces multiplu cu diviziune în frecvență, cu purtătoare unică
SCTP Stream Control Transmission Protocol – Protocolul de transmisie a fluxului de control
SGi Interfața dintre PDN GW și Internet
SGs Interfața dintre MSC/VLR și MME
SGSN Serving GPRS Support Node – Nodul suport de serviciu pentru GPRS
SGW Serving Gateway – Poartă de acces de serviciu
SMS Short Message Service – Serviciul de mesaje scurte
SRVCC Single Radio Voice Call Continuity – Continuitatea apelului vocal
TA Tracking Area – Arie de urmărire
TAC Tracking Area Code – Codul ariei de urmărire
TACS Total Access Communications System – Sistemul de comunicații cu acces total
TAI Tracking Area Identity – Identificatorul ariei de urmărire
TAU Tracking Area Update – Actualizarea ariei de urmărire
TDD Time Division Duplex – Duplexare în timp
TDMA Time Division Multiple Access – Acces multiplu cu diviziune în timp
TEID Tunnelling End IDentity – Identitatea capătului unui tunel GTP
TMSI Temporary Mobile Subscriber Identity – Identificatorul temporar al abonatului mobil
TX Transmitter/ Transmit – Transmițător
UE User Equipment – Echipament de utilizator
UL Uplink – Sensul ascendent
UMTS Universal Mobile Telecommunications System – Sistemul Universal de Telecomunicații Mobile
UP User Plane – Plan de utilizator
Un Varianta modificată a interfeței radio
UTRAN UMTS Terrestrial Radio Access Network – Rețea de acces radio UMTS
Uu Interfața radio
VLR Visitor Location Register – Registrul de localizare a vizitatorilor
VoIP Voice over IP – Serviciul de voce peste IP
VPLMN Visting Public Land Mobile Network – Rețea publică de telefonie mobilă terestră vizitată
WCDMA Wideband Code Division Multiple Access – Acces multiplu cu divizarea codului
WiMAX Worldwide Interoperability for Microwave Access – Interoperabilitate la scară mondială pentru accesul prin microunde
X2 Interfața dintre eNodeB-uri
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 și cuprinde sisteme precum Sistemul avansat de telefonie mobilă (Advanced Mobile Phone System – AMPS), Sistemul de telefonie celulară (Nordic Mobile Telephone – NMT), Sistemul de comunicații cu acces total (Total Access Communications System – TACS), 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 (Frequency Division Multiple Access – 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 generație cuprinde sisteme precum AMPS digital (Digital – AMPS – D-AMPS), cdmaOne, Sistemul global pentru comunicații mobile (Global System for Mobile Communications – GSM) 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 (Time Division Multiple Access – TDMA) și cu diviziune în frecvență (Frequency Division Multiple Access – 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 Serviciul radio de transfer de pachete de date (General Packet Radio Service – GPRS), acesta reprezentând primul pas spre rețelele cu comutație de pachete. În continuare, pentru creșterea vitezei și reducerea întarzierilor apare varianta îmbunatățită a tehnologiei GPRS, și anume EDGE (Enhanced Datarates for GSM Evolution – 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 (Wideband Code Division Multiple Access) 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 ascendent (UL). Pentru creșterea vitezei de transmitere a datelor au fost introduse accesul la pachete de date prin legături descendente de mare viteză
(High Speed Downlink Packet Access – HSDPA) și accesul la pachete de date prin legături ascendente de mare viteză (High Speed Downlink Packet Access – HSUPA) în Release 5,respeciv Release 6. Aceste îmbunătățiri fiind numite și accesul la pachete de date prin legături de mare viteză (High Speed Packet Access – 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 (Worldwide Interoperability for Microwave Access – 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 atelierul evoluției RAN 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 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 (Evolved Packet System – 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 (Evolved UMTS Terrestrial Radio Access Network – E-UTRAN) și nucleul rețelei sau rețeaua centrală (Evolved Packet Core – 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 (Evolved Universal Terrestrial Radio Access Network Base Stations – 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 la EPC prin interfața S1, mai exact la MME prin interfața S1-MME și la SGW prin interfața S1-U, după cum se poate observa și în figura 1.2 [7] . 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 ale 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 a mobilității (MME), poartă de acces de serviciu (SGW) și poartă de acces rețea de pachete de date (Packet Data Network Gateway – 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]
1.3.1.1 Identitatea globală unică temporară (Globally Unique Temporary Identity – GUTI ) [32]
GUTI este utilizat în scopul de a asigura o identificare lipsită de ambiguitate a UE si care nu dezvăluie identitatea permanentă a acestuia sau a utilizatorului în EPS. Acesta permite, de asemnea, identificarea rețelei sau a MME. Poate fi utilizat de rețea și de UE pentru a stabili identitatea asociată echipamentului de utilizator în timpul semnalizării între cele două, în EPS.
Cele două componenete principale ale GUTI sunt:
cea care identifică în mod unic MME-ul care a alocat GUTI – identificatorul unic global al MME (Globally Unique MME Identifier – GUMMEI);
cea care identifică în mod unic UE-ul din cadrul MME-ului care a alocat GUTI – M-TMSI.
La rîndul său, GUMMEI constă în MCC, MNC și identificatorul MME (MMEI). Iar MMEI este construit din ID-ul unui grup de MMEs (MMEGI) și un cod MME (MMEC).
GUTI poate fi alocat de MME prin inițierea procedurii de realocare GUTI sau poate fi realocat implicit în timpul procedurilor de atașare sau de actualizare a ariei de urmărire.
Figura 1.4 Structura GUTI
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 1.5.
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 1.5. 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 1.5 Prezentarea generală LTE [2]
1.3.3 Entitatea de management a 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 serviciu (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 rețea de 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 (Multiprotocol Label Switching – 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 pentru profilele abonaților (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 (Home Location Register – HLR). Din punct de vedere fizic, cele doua baze de date, HLR și HSS, sunt combinate pentru a permite roamingul între diversele rețele radio. Astfel, pentru a permite transferul datelor de abonat au fost definite interfețele S6a intre MME si HSS si S6d intre SGSN si HSS.
Figura 1.6 Interfețele S6a și S6d
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 1.7, 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 1.7 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 1.8. 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 1.8 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 operație de coordonare multipunct (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 (Packet Control Unit – 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 (Radio Network Controller – 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. [23]
Configurările pentru managementul mobilității și sesiunii, efectuate pe SGSN-MME pentru sistemele GSM, WCDMA și LTE/ Suportul EPS pentru servicii CS
2.3.1 Domeniile cu circuite comutate și cu pachete comutate
Nucleul rețelei (Core Network – CN) constă dintr-un domeniu cu circuite comutate (Circuit Switched – CS) și unul cu pachete comutate (Packet Switched – PS). Cele două domenii diferă prin modul în care suportă traficul de utilizator. Acestea se suprapun, având câteva entitîți comune.
Domeniul CS se referă la mulțimea entităților CN care oferă Conexiune de tip CS pentru traficul de utilizator, cât și toate entitățile care suportă semnalizarea aferentă. Pentru o Conexiune de tip CS sunt alocate resurse de rețea dedicate la stabilirea conexiunii și eliberate în momentul întreruperii acesteia. Entitățile specifice domeniului CS sunt MSC, poarta de interconectare (Gateway MSC – GMSC) și VLR. În cazul rețelei de acces, E-UTRAN, nu există suport pentru domeniul CS.
Domeniul PS se referă la mulțimea entităților CN care oferă Conexiune de tip PS pentru traficul de utilizator, cât și toate entitățile implicate în semnalizarea aferentă. O Conexiune de tip PS transportă informația de utilizator în pachete ce rezultă din concatenarea biților. Fiecare din aceste pachete pot fi rutate independent de cel anterior. Specifice domeniului PS sunt entitățile specifice GPRS, și anume SGSN și GGSN și entitățile specifice EPS, și anume PDN GW, SGW, MME. Entitățile care nu sunt definite ca fiind specifice CS sau PS, sunt comune celor doua domenii, de exemplu HSS, AuC.[24]
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 pentru transferul mesajelor de semnalizare (SCTP) 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 cerere de atașare sau 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 continuitatea apelului vocal (Single Radio Voice Call Continuity – SRVCC). 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 disponiblă, WCDMA sau GSM. 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]
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) cărora li se atribuie un identificator (LAI) și care suportă fie GSM sau WCDMA, fie ambele. În schimb, 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 de actualizarea ariei de urmarire (TAU) 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
În rețelele fară fir unul dintre cele mai populare servicii, în afara de cel de voce, este SMS-ul. Acesta prezintă o importantă deosebită pentru diverse instituții, reprezentând un instrument al comunicațiilor mobile prin care pot interacționa cu clienții în timp util și într-o maineră rentabilă. În timp ce în GSM serviciul de mesaje scurte utilizează canalele de semnalizare din rețeaua cu comutare de circuite, în LTE a fost specificată interfața SGs prin care se transferă mesajele SMS între SGSN-MME și MSC/VLR. Așa cum se intamplă și în sistemele anterioare, GSM și UMTS, SMS rămâne un serviciu care nu se bazează pe IP, el utilizând în continuare canalele de semnalizare. Deși canalul de semnalizare este transportat prin legatura S1, bazată pe IP, SMS rămâne un servciu non-IP deoarece prin interfața radio mesajul nu este încapsulat într-un pachet IP, ci într-un mesaj de semnalizare RRC. [2] SMS prin SGs este o procedură care permite transferul tansparent al mesajelor SMS între UE și MSC/VLR prin releul de semnalizare SGSN-MME. Arhitectura necesară pentru SMS prin SGs poate fi observata în figura 2.3.
MO SMS și MT SMS sunt semnalizate prin interfața SGs, nu genereză CSFB la GERAN/UTRAN RATs.
Managementul mobilității LTE
Mobilitatea utilizatorului prezintă o serie de avantaje importante prin posibilitatea abonaților care se deplasează de a se putea conecta la rețeaua de acces radio a operatorului corespunzător. Astfel, funcțiile de gestionare a mobilității sunt utilizate pentru a urmării locația curentă a UE. Managementul mobilității EPS pentru acces LTE, urmărește UE în rețeaua de acces radio LTE și îi permite acestuia să se înregistreze în rețea. Pentru a putea menține conectivitatea, rețeaua trebuie să cunoască locația și starea EMM a UE, deoarece acesta din urma se poate deplasa între celule, arii de urmărire, arii de servicii și rețele publice mobile terestre (PLMNs).
În funcție de capacitatea rețelelor, procedurile de gestionare ale mobilității pot fi inițiate de UE sau de RAN.
Stările abonatului în EPS
Stările EMM descriu stările managementului mobilității EPS rezultate din procedurile de gestionare a mobilității, de exemplu procedurile de atașare și cele de actualizare a ariei de urmărire. Stările EMM ce vor fi descrise sunt EMM- NEÎNREGISTRAT și EMM-ÎNREGISTRAT.
Stările managementului conexiunii EPS (ECM) descriu conexiunea de semnalizare dintre UE și EPC. Vor fi descrise stările ECM-INACTIV și ECM-CONECTAT.
În general, stările EMM și ECM sunt independente una fată de cealaltă, tranziția de la EMM-ÎNREGISTRAT la EMM- NEÎNREGISTRAT poate apărea indiferent de starea ECM. Pe de altă parte, există unele relații, iar un exemplu în acest sens este faptul că UE trebuie sa fie în starea ECM-CONECTAT pentru tranziția de la EMM- NEÎNREGISTRAT la EMM-ÎNREGISTRAT.
Stările managementului mobilității
EMM-NEÎNREGISTRAT
În această stare, UE nu este atașat și contextul EMM din MME nu conține informații de rutare sau o locație validă pentru UE. Astfel, UE nu este accesibil pentru un MME, deorece locația lui nu este cunoscută. În starea EMM- NEÎNREGISTRAT, pot fi stocate în UE și MME anumite informații despre UE.
Starea este schimbată în EMM-ÎNREGISTRAT după o procedură de atașare sau o procedură TAU reușită.
EMM-ÎNREGISTRAT
UE intră în starea EMM-ÎNREGISTRAT în urma unei înregistrari reușite prin procedura de atașare la E-UTRAN sau UTRAN/GERAN. MME intră în starea EMM-ÎNREGISTRAT printr-o procedură reușită de actualizare a ariei de urmărire (TAU) sau printr-o procedură de atașare. În acestă stare, UE are intotdeauna cel putin o conexiune PDN activă și poate beneficia de servicii care necesită înregistrarea în EPS. MME cunoaște locația curentă a UE la nivelul listei ariei de urmărire alocate echipamentului de utilizator.
Dupa efectuarea procedurii de detașare , în UE și MME starea se schimbă în EMM- NEÎNREGISTRAT. În plus, această stare este setată și atunci când este respinsă procedura de atașare sau procedura TAU.
Dacă toate purtatoarele ce aparțin unui UE sunt eliberate, de exemplu atunci cand s-a realizat transferul de la E-UTRAN la rețele de acces non-3GPP, MME va schimba starea managementului mobilității (MM) în EMM- NEÎNREGISTRAT. De asemenea, această stare este schimbată de UE atunci când se află în aria de acoperire E-UTRAN și detectează că au fost eliberate toate purtătoarele sale.
Stările managementului conexiunii
ECM-INACTIV
UE este în starea ECM-INACTIV, denumită și mod inactiv, atunci când nu există o conexiune de semnalizare NAS între UE și rețea. În această stare, pentru UE nu există nici conexiunile S1-MME și S1-U, nici contextul UE în E-UTRAN. În plus, UE și rețeaua pot fi nesincronizate, ceea ce înseamnă că pot avea seturi diferite de purtătoare EPS. Atunci când UE și MME intră în starea ECM-CONECTAT, acest set de purtătoare este sincronizat între UE și rețea.
UE și MME intră în starea ECM-CONECTAT atunci când conexiunea de semnalizare este stabilită între UE și MME. Mesajele NAS initiale care initiază tranzitia de la starea ECM-INACTIV la starea ECM-CONECTAT sunt cererea de atașare, cererea de actualizare a ariei de urmărire, cererea de serviciu sau cererea de detașare.
În stările EMM-ÎNREGISTRAT și ECM-INACTIV, UE trebuie să îndeplinească următoarele funcții:
Efectuarea unei actualizări a ariei de urmărire dacă TA curentă nu este în lista ariilor de urmărire primită de UE de la rețea pentru a menține înregistrearea și a-i permite MME-ului să caute UE;
Efectuarea procedurii de actualizare periodică a ariei de urmărire pentru a informa EPC că UE este disponibil;
Efectuarea procedurii cerere de serviciu pentru a stabilii purtatoare radio atunci cand tebuie să fie trimise datele utilizatorilor în sensul ascendent;
Efectuarea unei proceduri de cerere de serviciu pentru a răspunde căutării (paging) din partea MME;
Efectuarea unei actualizări a ariei de urmărire atunci când UE reselectează o celula E-UTRAN;
Efectuarea unei actualizări a ariei de urmărire în cazul în care conexiunea RRC a fost eliberată având drept cauză a eliberarii necesitatea balansării traficului TAU (load balancing TAU required).
Atunci când UE este în starea ECM-INACTIV, pentru semnalizarea între UE și MME se utilizaează procedura de căutare (paging). Acesta declanșează configurarea conexiunii S1, determinând schimbarea stării UE în ECM-CONECTAT.
ECM-CONECTAT
În acest caz, locația UE este cunoscută în MME la nivelul ID-ului stației de bază, eNodeB, care il deservește. Mobilitatea UE este asigurată de procedura de transfer.
Pentru un UE în starea ECM-CONECTAT, există o conexiune de semnalizare între UE și MME care este alcătuită din două părți: o conexiune RRC între UE și eNodeB și o conexiune S1-MME între eNodeB și MME. Dacă acestă conexiune de semnalizare este eliberată sau ruptă, UE va intra în starea ECM-INACTIV. Eliberarea sau stricarea conexiunii fiind indicată în mod explicit echipamentului de utilizator de către eNodeB sau detectată de UE.
Procedura de eliberare a conexiunii S1 schimbă starea atât în UE, cât și în MME din ECM-CONECTAT în ECM-INACTIV. Există situații în care UE nu poate fi informat de eliberarea conexiunii S1, ca urmare a unor erori ale legăturii radio sau pentru că se află în afara ariei de acoperire. În aceste cazuri există neconcordanțe temporale între starea ECM din UE, respectiv MME.
Atunci când un UE trece din ECM-CONECTAT în ECM-INACTIV este pornit un temporizator accesibil. Dacă UE nu trimite un mesaj cerere de actualizare a ariei de urmărire (TAU) înainte să expire timpul aferent acestuia, se pornește un temporizator de detașare, iar UE rămâne în starea ECM-INACTIV. UE este detașat implicit doar dacă nu trimte un mesaj TAU înainte de expirarea timpului corespunzător.
În urma unei proceduri de semnalizare, MME poate decide eliberarea conexiunii la UE, iar acestă acțiune are ca urmare schimbarea stării atât în MME, cât și în UE în ECM-INACTIV. [16]
Figura 3.1-1 Modelul stării EMM în UE [16]
Figura 3.1-2 Modelul stării EMM în MME
Figura 3.2-1 Modelul stării ECM în UE [16]
Figura 3.2-2 Modelul stării ECM în MME [16]
Purtătoarea EPS
Într-o rețea de telefonie mobilă ce utilizează arhitectura LTE, termenul purtătoare se referă la tunelul utilizat pentru conectarea echipamentului utilizatorului la o rețea de pachete de date (Packet Data Network), de exemplu, Internetul.
O purtătoare EPS identifică în mod unic fluxurile de trafic care beneficiază de același tratament QoS între un echipament de utilizator și PDN GW și între UE și SGW. Purtătoarea EPS este stabilită atunci când UE se conectează la PDN și se pastrează de-a lungul duratei de viață a acestei conexiunii pentru a asigura echipamentului de utilizator conectivitate IP permanentă la acel PDN. Această purtătoare EPS este cea implicită, iar cele suplimentare, stabilite pentru aceeași conexiune PDN sunt cunoscute sub denumirea de purtătoare dedicate. Decizia de stabilire sau modificare a acestora poate fi luată doar de EPC.
Termenul purtătoare este un concept virtual și reprezintă un set de configurări ale rețelei necesare pentru a asigura un tratament special unui anumit tip de trafic, de exemplu, pachetele VoIP sunt prioritizate de rețea în comparație cu traficul web. Purtătoarele radio, purtătoarele S1 și purtătorele S5/S8 sunt denumite colectiv purtătoare EPS. Acestea pot fi dedicate sau implicite. Atunci când UE se atașează la rețeaua LTE este stabilită cel puțin o purtătoare implicită, în timp ce purtătoarele dedicate sunt întotdeauna stabilite atunci când este necesar să se asigure un nivel QoS pentru anumite servicii. Cele dedicate sunt împărțite la râdul lor în purtătoare cu rată de transfer garantată (Guaranteed Bit Rate – GBR) și purtătoare care nu asigură o rată de transfer, non-GBR. Cele GBR sunt asociate cu parametri precum GBR, care reprezintă rata de transfer minimă garantată pentru o purtatoare EPS și MBR, reprezentând rata de transfer garantată maximă. Pe de altă parte, cele non-GBR sunt asociate cu rata de transfer maximă agregată APN (Aggregate maximum bit rate – APN-AMBR) și UE-AMBR. Primul reprezintă debitul total maxim non-GBR permis pentru un APN, iar cel de-al doilea debitul total maxim permis pentru toate APN-urile.
Pachetele unei purtătoare EPS sunt transportate de E-RAB între UE și EPC. O purtătoare radio transportă pachetele unei purtătoare EPS între UE și eNodeB. O purtătoare S1 transportă pachetele unei E-RAB între eNodeB și SGW, iar o purtătoare S5/S8 transportă pachetele unei purtătoare EPS între SGW și PGW.[16]
Stările de mobilitate
Atașarea
Pentru a-și anunța prezența în rețea, UE inițiază o procedură de atașare prin trimiterea unui mesaj Cerere de atașare care include identificatorul internațional al abonatului mobil (IMSI) sau identificatorul temporar unic global (GUTI) și ultimul TAI vizitat (daca există), prin intermediul stației de bază, eNodeB, la MME. Procedura poate fi una de atașare la EPS sau una de atașare urgentă.
La finalul acestei proceduri UE este în starea EMM-ÎNREGISTRAT și există un context EMM în MME. În plus, este stabilită o purtătoare implicită între UE și PGW, ceea ce înseamnă că este creată o conexiune PDN. De asemenea, în timpul procedurii de atașare pot fi activate purtătoare dedicate la cererea PGW.
Dacă procedura de atașare este respinsă, fie este trimis la UE un mesaj de tip Atașare respinsă care conține și motivul acestei respingeri, fie se abandonează procedura fară ca UE să fie notificat. Pentru primul caz, un exemplu îl consituie situația în care MME detecteazaă o eroare de protocol în mesajul cerere de atașare, iar pentru cel de-al doilea caz, un exemplu semnificativ este reprezentat de situația în care pe durata procedurii de atașare nu este recepționat un mesaj răspuns la configurarea contextului ințtial S1-AP (S1-AP Initial Context Setup Response).
În cazul în care nu este recepționat un mesaj atașare completă de la UE, într-un anumit interval de timp, MME retransmite mesajul atașare acceptată. Dacă acest mesaj nu este recepționat nici dupa a patra retransmisie, procedura de atașare este abandonată și UE este detașat implicit.
Detașarea
UE poate fi detașat implicit sau explicit. În timpul unei detașări explicite, UE sau rețeaua solicită în mod explicit detașarea., iar în timpul unei detașări implicite, rețeaua detașează UE fară ca acesta să fie informat.
La finalul acestei proceduri UE este în starea EMM-NEÎNREGISTRAT și toate conexiunile PDN sunt deconectate.
Acestă procedură este de mai multe tipuri:
Detașare inițiată de UE: utilizată de pentru a informa rețeaua că nu mai are nevoie de acces la EPS;
Detașarea inițiată de HSS: utilizată pentru a solicita ștergerea contextului EMM al unui abonat din MME;
Detașarea inițiată de MME: utilizată pentru a informa UE că nu mai are acces la EPS;
Detașarea inițiată de PGW atunci când este eliminată ultima conexiune PDN a UE;
Procedurile de solicitare a serviciilor
Procedura este utilizată atunci când un echipament de utilizator în starea ECM-INACTIV încearcă să trimită date de utilizator sau mesaje scurte. De asemenea, se utilizează atunci când UE dorește să trimită mesaje de semnalizare în sensul ascendent pentru restabilirea uneia sau mai multor purtătoare EPS. Terminarea cu succes a acestei proceduri determină schimbarea stării în ECM-CONECTAT, permițând ca UE să trimită/recepționeze date sau mesaje de semnalizare. Purtătoarele care nu pot fi stabilite în eNodeB sau care nu pot fi actualizate în SGW sunt eliminate, iar în cazul purtătoarelor implicite sunt eliminate și conexiunile PDN asociate.
Procedura de eliberare a conexiunii S1
Acestă procedură este utilizată pentru eliberarea conexiunii logice S1-AP de semnalizare (S1-MME) și a tuturor purtătoarelor S1 (S1-U) pentru UE. Procedura determină schimbarea stării din ECM-CONECTAT în ECM-INACTIV atât pentru UE, cât și pentru MME și ștergerea tuturor informațiilor despre UE din eNodeB.
Procedura de eliberare a conexiunii S1 poate fi:
Inițiată de eNodeB din cauza inactivității utilizatorului, eșecului nespecificat, declanșarea CSFB sau redirecționarea inter-RAT;
Inițiată de MME din cauza pierderii conexiunii radio cu UE, detașării sau eșecului autentificării.
Procedura TAU
Procedura este inițiată întotdeauna de UE și este utilizată în scopul de a actualiza înregistrararea ariei de urmărire efectivă a UE în rețea, de a notifica periodic rețeaua în legatură cu disponibilitatea UE sau pentru a actualiza anumiți parametri specifici UE în rețea.
O actualizare a ariei de urmărire are loc atunci când un UE atașat la E-UTRAN experimentează oricare din urmatoarele situații:
UE detectează că a intrat într-o noua arie de urmărire care nu se regăsește în lista TAI curentă;
Temporizatorul de actualizare periodică a ariei de urmărire a expirat;
Conexiunea RRC a fost eliberată având drept cauză a eliberării necesitatea balansării traficului TAU ;
Nivelul RRC din UE informeză nivelul NAS că a avut loc o eroare de conexiune RRC;
Mobilitatea fară flux de date
Atunci când UE este în modul ECM-INACTIV, fără să aibă un flux de date, informațiile pe care le deține MME, cu privire la aria de urmărire (TA) în care este localizat UE, sunt actualizate prin intermediul unei proceduri TAU. Procedura este inițiată de UE, printr-un mesaj cerere TAU, atunci când intră într-o TA care nu se regăsește în lista TAI curentă sau atunci când expiră temporizatorul TAU periodic.
De asemenea, procedura TAU poate fi efectuată după procedura de transfer bazată pe X2 sau după cea bazată pe S1.
Dacă mesajul cerere TAU nu este acceptat, fie este abandonată procedura fară ca UE să fie notificat, fie este trimis la acesta un mesaj respingere TAU care include și motivul respingerii.
Mobilitatea în cadrul unei arii de servicii MME
Procedurile de gestionare ale mobilității inițiate de UE, se efectuează atunci când acesta din urmă se află în starea ECM-INACTIV și de deplasează într-un spațiu de servicii MME. Deoarece MME-urile aparțin aceleiași zone de servicii, nu este necesar ca entitatea de management a mobilității să fie reselectată.
Procedura TAU periodică
Un UE în starea ECM-CONECTAT are purtătoare EPS cap-la-cap ce îl conectează la PGW. Pentru ca rețeaua să poată livra imediat traficul destinat unui UE, MME păstrează evidența locației acestuia. Dacă UE trece în starea ECM-INACTV, conexiunea de semnalizare și purtătoarele E-RAB dintre UE și rețea (MME) sunt eliberate. Astfel, pentru ca rețeaua să cunoască locația unui dispozitiv în starea ECM-INACTIV, acesta trebuie să raporteze periodic locația curentă, chiar dacă nu există date de livrat. Locația unui echipament de utilizator în starea inactivă este cunoscută la nivelul ariei de urmărire (TA). Aria de urmărire este un grup de celule administate de un MME. Actualizarea periodică a ariei de urmărire nu necesită stabilirea unor purtătoare, UE trimite cererea TAU după ce a stablit doar conexiunea de semnalizare ECM. Realizarea conexiunii declanșează tranziția în starea conectată, respecitv în starea inactivă la eliberarea acesteia.
Procedura este utilizată de UE pentru a informa MME despre existența sa. Această acțiune este efectuată atunci când echipamentul de utilizator rămâne în ariile de urmărire ce aparțin aceleiași liste TAI și temporizatorul TAU aferent expiră.
Figura 3.3 Procedura TAU periodică
Atunci când temporizatorul TAU periodic expiră, UE trimite mesajul cerere TAU la MME. Înainte ca procedura să fie acceptată, entitatea de mangement a mobilității verifică aplicabilitatea unor restricții de acces sau de roaming, procedura fiind respinsă în cazul unui rezultat pozitiv al acestei verificări (UE este restricționat).
MME trimite la UE un mesaj TAU acceptată, prin care indică contextele purtătoarelor EPS active în MME. După recepționarea acestui mesaj, UE dezactivează local toate contextele purtătoarelor EPS active în UE, dar indicate de MME ca fiind inactive. În acestă etapă poate avea loc procesul de realocare a GUTI.
În cazul în care GUTI a fost realocat, UE trimite mesajul TAU completă la MME.
După actualizarea informațiilor despre locația UE, MME trimite comanda de elibearare a contextului UE la eNodeB. Acesta are rolul de a elibera conexiunea ECM utilizată pentru livrarea mesajelor aferente procedurii TAU periodice și a contextului UE stocat în E-UTRAN.
eNodeB eliberează resursele corespunzătoare UE și trimite mesajul eliberarea contextului UE completă la MME.
Procedura TAU intra-MME fară relocare de SGW
O astfel de procedură este efectuată atunci când UE se deplasează într-o arie de urmărire care nu este inclusă în lista sa TAI, iar noua TA se află în cadrul acelorași zone de servicii MME și SGW.
Asemenea cazului precedent, MME verifică aplicabilitatea unor restricții de acces sau de roaming și poate avea loc procesul de realocare a GUTI. În plus, MME analizează GUTI, verficând dacă acesta aparține aceleiași entități de manegement.
Procedura TAU intra-MME cu relocare de SGW
Procedura este efectuată atunci când UE se deplasează într-o arie de urmărire care nu este inclusă în lista sa TAI, iar noua TA este în aceeași zonă de servicii MME, dar este deservită de o nouă poartă SGW. Și în acest caz, MME verifică aplicabilitatea unor restricții de acces sau de roaming și poate avea loc procesul de realocare a GUTI, acesta din urmă fiind analizat de MME.
Figura 3.4 Procedura TAU intra-MME cu relocare de SGW
Procedura TAU intra-MME este inițiată atunci când entitatea de management a mobilității recepționează un mesaj cerere TAU/ cerere TAU combinată de la UE, mesajul indicând o procedura normală de actualizare a ariei de urmărire. MME verifică aplicabilitatea unor restricții de acces sau de roaming, iar procedura este respinsă în cazul în care UE este restricționat. Însa, aceste restricții sunt ignorate în cazul serviciului de urgență IMS.
Dacă TA țintă este restricționată, MME pastrează conexiunea PDN urgentă, iar cele non-urgente sunt eliminate.
Fanionul activ din această cerere înseamnă că UE solicită stabilirea purtătoarelor. Procesul pentru setarea acestora este inițiat de MME.
Pot fi efectuate funcții de securitate pentru autentificarea abonatului. Este stabilit un context de securitate și sunt negociate cifrarea și protecția integrității. În plus, poate fi efectuată procedura de verfificare IMEI.
Dacă versiunea de software IMEI (IMEI software version – IMEISV), primită în timpul procedurilor de securitate, diferă față de cea anterioară și, ulterior, nu există o actualizare a locației, MME inițiază o procedură de notificare a HSS cu informații actualizate despre terminal. Notificarea HSS nu este declanșată pentru un UE neautentificat ce efectuează o procedură TAU cu o conexiune PDN urgentă.
Pentu fiecare conexiune PDN, MME trimite un mesaj cerere de creare a sesiunii la SGW țintă. SGW țintă începe stabilirea conexiunilor PDN, iar cele care nu au putut fi stabilite, împreună cu purtătoarele asociate, sunt eliminate. Procedura TAU este respinsă dacă nu se poate stabili nicio purtătoare implicită.
SGW țintă trimite un mesaj răspunsul creării sesiunii la MME. Se va continua cu pasul 6 daca a fost schimbată locația și dacă a fost trimis un mesaj cerere TAU combinată la pasul 1, altfel se va trece la pasul 8.
MME poate timite un mesaj cerere de actualizare a locației la MSC/VLR.
MSC/VLR răspund cu un mesaj actualizarea locației acceptată la MME.
MME trimite la UE un mesaj TAU acceptată, prin care indică contextele purtătoarelor EPS active în MME. Procedura de realocare a GUTI este efectuată, dacă timpul de realocare a expirat sau dacă UE se mută într-un PLMN deservit de același MME.
Dacă a avut loc procedura de realocare a GUTI, UE confirmă noua identitate temporară și trimite mesajul TAU completă la MME.
Dacă la pasul 1 a fost trimis un mesaj cerere TAU combinată, MME va trimite mesajul realocarea TMSI completă la MSC/VLR.
MME trimite un mesaj cerere de ștergere a sesiunii la SGW sursă.
SGW sursă raspunde cu un mesaj răspunsul ștergerii sesiunii.
MME trimite comanda eliberării contextului UE la eNodeB.
eNodeB eliberează resursele corespunzătoare UE și trimite mesajul eliberarea contextului UE completă la MME.
Mobilitatea între arii de servicii MME
Procedurile de gestionare ale mobilitătii inițiate de UE sunt, de asemenea, efectuate atunci când un UE în modul ECM-INACTIV se mută într-o nouă arie de servicii MME. În acest caz, MME este reselectat.
Procedura TAU inter-MME fară relocare de SGW
Această procedură se efectuează atunci când UE se mută într-o arie de urmărire care nu se regăsește în lista sa TAI, noua TA aflându-se în cadrul aceleași 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 efectuează atunci când UE se deplasează într-o arie de urmărire care nu se regăsește în lista sa TAI, noua TA fiind deservită atât de altă entitate de management a mobilității, cât și de altă poartă SGW.
Figura 3.5 Procedura TAU inter-MME cu relocare de SGW
Procedura TAU este inițiată de UE, acesta trimițând o cerere TAU la noul MME prin intermediul stației de bază, eNodeB. În funcție de configurație, MME efectuează o selecție statică sau o interogare DNS pentru a afla adresa IP a vechiului MME. De asemenea, procedura poate fi inițiată de UE prin trimiterea mesajului cerere TAU combinată. Similar cazului prezentat anterior, setarea fanionuuil activ semnifică solicitarea stabilirii purtătorelor.
Pentru a prelua contextul MM și contextul purtătoarei EPS pentru UE, noul MME trimite mesajul cerere context la vechiul MME. Acest mesaj îl include pe cel trimis de UE la pasul 1 și vechiul GUTI.
UE este verificat de vechiul MME pe baza informațiilor din mesajul cerere TAU și returnează noului MME mesajul răspuns context ce conține contextele solicitate de acesta la pasul anterior. Dacă noul MME este într-un PLMN diferit, vechiul MME poate fi configurat să trimită sau nu o conexiune PDN urgentă, cele non-urgente fiind trimise întotdeauna, dacă există. Pe baza mesajului răspuns context, noul MME determină faptul că SGW sursă nu mai poate deservi UE și efectuează reselecția SGW. Dacă funcția de selecție statică a porții SGW este activă, MME găsește SGW în tabela locală de selecție a SGW. O altă variantă de selecție a SGW este prin interogarea DNS. Noul MME verifică aplicabilitatea unor restricții de acces sau de roaming, iar în cazul în care UE este restricționat, procedura este respinsă. Aceste restricții sunt ignorate în cazul serviciului IMS.
Noul MME poate efectua funcții de securitate pentru autentificarea abonatului. Este stabilit un context de securitate și sunt negociate cifrarea si protecția integrității. În plus, poate fi efectuată procedura de verificare IMEI.
Pentru confirmarea mesajului și indicarea reselecției SGW, noul MME trimite mesajul confirmare context la vechiul MME. Acest mesaj include și un indicator al schimbării SGW.
Pentu fiecare conexiune PDN, noul MME trimite un mesaj cerere de creare a sesiunii la SGW țintă. SGW țintă începe stabilirea conexiunilor PDN, iar cele care nu au putut fi stabilite, împreuna cu purtătoarele asociate, sunt eliminate. Procedura TAU este respinsă dacă nu se poate stabili nicio purtătoare implicită.
SGW țintă atribuie o adresa IP și un TEID pentru fiecare purtătoare și trimite la PGW mesajul cerere modificare purtătoare pentru fiecare conexiune PDN. Pentru traficul DL al purtătoarelor EPS acceptate, acest mesaj conține adresa IP SGW și TEIDs.
PGW actualizează câmpul context și trimite mesajul răspunsul modificării purtătoarei la SGW țintă.
SGW țintă incheie activarea purtătoarei prin trimiterea mesajului răspunsul creării sesiunii la noul MME.
Atunci când expiră temporizatorul de 20 de secunde, vechiul MME trimite un mesaj cerere de ștergere a sesiunii la SGW sursă pentru a șterge local toate conexiunile PDN active.
SGW sursă șterge local toate conexiunile PDN și confirmă acest lucru prin mesajul răspunsul ștergerii sesiunii trimis la vechiul MME.
Pentru a obține date de abonament și pentru a informa HSS cu privire la relocarea MME, noul MME trimite mesajul cerere de acualizare a locației la HSS. Acest mesaj nu este trimis la HSS pentru un UE neautentificat ce efectuează o procedură TAU cu o conexiune PDN urgentă.
HSS indentifică, în baza sa de date, vechea locație a UE și trimite mesajul anulare localizare la vechiul MME.
Vechiul MME trimite confirmare anulării localizării la HSS.
HSS trimite un mesaj răspunsul actualizării locației la noul MME, confirmând noua locație a UE. MME actualizează datele de abonament și setează un context pentru UE.
În continuare, dacă locația a fost schimbată și la pasul 1 a fost trimis mesajul cerere TAU combinată, se va continua cu pasul 16. Altfel, se trece direct la pasul 18.
Noul MME trimite o cerere de actualizare a locației la MSC/VLR.
MSC/VLR răspunde cu mesajul actualizarea locației acceptată.
MME trimite un mesaj TAU acceptată la UE, în acesta fiind inclus și un nou GUTI. Mai mult, UE dezactivează local toate contextele purtătoarelor EPS active în UE, dar indicate ca fiind inactive în noul MME.
UE confirmă noul GUTI și returnează un mesaj TAU completă la noul MME.
Dacă la pasul 1 a fost trimisă o cerere TAU combinată, noul MME trimite mesajul realocarea TMSI completă la MSC/VLR.
Noul MME trimite comanda de eliberarea a contextului UE la eNodeB.
eNodeB eliberează resursele corespunzătoare UE și trimite mesajul eliberarea contextului UE completă la MME.
Înregistrarea abonatului este ștearsă din vechiul MME la expirarea temporizatorului de 20 de secunde.
Mobilitatea cu flux de date
Un exmplu pentru mobilitatea cu flux de date îl constituie cazul în care UE este în modul ECM-CONECTAT și nu poate fi realizată o procedură de transfer. În acestă situație, actualizarea ariei de urmărire poate fi efectuată cu fanionul activ setat, acest lucru semnificând păstrarea și actualizarea conexiunii S1 dintre MME și eNodeB și după finalizarea procedurii TAU.
Fanionul activ reprezintă cererea echipamentului de utilizator pentru activarea purtătoarelor radio și S1 pentru toate purtătoarele EPS active, prin procedura TAU.
Mobilitatea cu flux continuu de date
Atunci când UE se mută într-o arie de urmărire sau se deplasează între acestea în timp ce există sesiuni de date în curs de desfășurare și rețeaua de acces radio detectează mișcarea înainte ca UE să inițieze procedura TAU, RAN inițiază procedura de transfer între stații de bază pentru a evita întreruperea serviciului. De asemenea, RAN inițiază transferul și în cazul în care nu există suficientă acoperire radio. În aceste situații, UE este în stările EMM-ÎNREGISTRAT și ECM-CONECTAT. Este preferat transferul prin interfața X2, acesta fiind condiționat de exisța interfeței X2 între eNodeB-uri. În caz contrar, se realizează transferul prin interfața S1.
Transferul intra-E-UTRAN
Transferul bazat pe interfața X2
Acestă procedură este utilizată pentru a transfera un UE de la eNodeB sursă la eNodeB țintă, utilizând punctul de referință X2. Pe baza masurărilor cu privire la nivelul recepției de la celula curentă și celulele învecinate, efectuate de dispozitivul mobil, eNodeB poate lua decizia de transfer a conexiunii în desfăsurare la un alt eNodeB. MME este neschimbată în aceste proceduri și în funcție de schimbarea sau nu a SGW sunt definite două astfel de procese. În plus, pe langă punctul de referință X2 dintre eNodeB sursă și țintă, procedurile se bazează pe prezența interfeței S1-MME între MME și eNodeB sursă, cât și între MME și eNodeB țintă.
Procedura este inițiată de RAN și este împărțită în trei faze: pregatirea transferului, execuția și completarea.
Procedura de pregătire a transferului este inițiată de eNodeB sursă atunci când determină că este necesar transferul prin interfața X2. În cursul procedurii, eNodeB sursă trimite un mesaj cerere de tansfer la eNodeB țintă, acestă cerere conținând toate informațiile relevante despre abonat și despre conexiunea cu dispozitivul mobil. Faza de pregătire a transferului este încheiată atunci când eNodeB sursă recepționează un mesaj confirmare a cererii de transfer, care conține toate informațiile necesare echipamentului mobil să acceseze noua celula, de exemplu, informații despre interfața radio. Întrucât este necesar ca transferul să fie executat cât mai repede posibil, nu este avantajos ca dispozitivul mobil să citească infomațiile de sistem din celula țintă. Astfel, mesajul de confirmare conține toți parametri pe care trebuie să-i configureze mobilul pentru a comunica cu noua stație de bază. Odată ce stația de bază curentă primește confirmarea, acesta emite imediat comanda de transfer la UE și încetează să transmită date de utilizator în direcția descendentă. Dacă nu există resurse disponibile în celula tintă, eNodeB corespunzătoare acesteia v-a raspunde cu un mesaj pregatirea transferului nereușită în loc de mesajul confirmare a cererii de transfer. În plus, procedura de transfer poate fi anulată prin trimiterea unui mesaj anulare transfer împreună cu motivația acestei decizii, de la eNodeB sursă la eNodeB țintă, acest proces fiind cunoscut sub denumirea de procedura de anulare a transferului.
În concluzie, transferul este pregatit și executat de cele două stații de bază implicate, în primele două faze.
Atunci când UE primește comanda de transfer, el va elimina orice purtătoare EPS pentru care nu a primit purtătoarea EPS corespondentă în celula țintă. Ca parte a execuției transferului, pachetele DL și opțional, cele UL sunt redirecționate de la eNodeB sursă la eNodeB țintă. Datele DL redirecționate de la eNodeB sursă pot fi trimise la UE atunci când acesta ajunge la noul eNodeB. Datele UL de la UE pot fi trimise la PDN GW prin intermediul SGW (sursă) sau pot fi redirecționate de la eNodeB sursă la eNodeB țintă. Singura fază a procedurii de transfer care este afectată de o potențială schimbare a SGW este cea de finalizare, fazele de pregătire și execuție a transferului rămân identice.
În cazul în care MME primește o respingere a unei proceduri NAS (de exemplu, stabilirea/modificarea/eliberarea purtătoarelor dedicate, transferul mesjelor NAS, controlul raportării locației etc) de la eNodeB, în care se indică un transfer X2 în curs, MME trebuie să reîncerce aceeași procedură NAS, fie la finalizarea transferului, fie atunci când se consideră că acesta a eșuat, cu excepția cazului în care se face schimbarea porții de acces SGW.
Dacă în timpul procedurii de transfer, MME detectează că este necesară schimbarea SGW, entitatea de management trebuie să respingă orice cerere pentru purtătoare EPS, inițiată de PDN GW și primită după începutul procedurii de transfer. Respingerea se face cu indicația că acesta este temporară și cauzată de un proces de transfer în curs de desfășurare. După primirea acestui refuz, PDN GW pornește un temporizator de gardă configurat local și va reîncerca inițierea procedurii la expirarea acestuia sau atunci când detectează terminarea sau eșuarea transferului.
Transferul bazat pe interțata X2 fară relocare de SGW
Acestă procedură este folosită pentru a efectua transferul unui UE de la stația de bază sursă la stația de bază țintă, utilizând interfața X2, atunci când MME și SGW sunt neschimbate. O condiție prealabilă a acestei proceduri este existența conectivității IP între SGW și eNodeB sursă, cât și între SGW și eNodeB destinație.
Transferul bazat pe interfața X2 cu relocare de SGW
Acestă procedură este folosită pentru a efectua transferul unui UE de la stația de bază sursă la stația de bază țintă, utilizând interfața X2, atunci când MME este neschimbată și decide că SGW trebuie sa fie schimbată. Și în acest caz, existența conectivității IP între SGW sursă și eNodeB sursă, SGW sursă și eNodeB țintă și între SGW țintă și eNodeB țintă este o condiție prealabilă. Dacă nu există conectivitate IP se utilizează o procedură de transfer bazat pe interfața S1.
Figura 3.6 Transferul bazat pe interfața X2, intra-MME, cu relocare de SGW; faza de completare
eNodeB țintă trimite un mesaj cerere comutare cale la MME pentru a informa acestă entitate ca UE a schimbat celula. Mesajul conține lista purtătoarelor EPS ce vor fi comutate și adresa IP a stației de bază, eNodeB. MME stabilețte că SGW este relocat și selectează o noua entitate SGW.
Dacă s-a schimbat TA, MME verfică aplicabilitatea unor restricții de acces sau de roaming, procedura fiind respinsă dacă UE este restricționat. Însa, aceste restricții sunt ignorate în cazul serviciului de urgentă IMS. Dacă TA țintă este restrictionată, MME păstrează conexiunea PDN urgentă, iar cele non-urgente sunt eliminate.
Pentu fiecare conexiune PDN, MME trimite un mesaj cerere de creare a sesiunii la SGW țintă. Acest mesaj conține adresele IP ale PGW și TEIDs pentru traficul în sensul ascendent și adresele IP ale eNodeB și TEIDs pentru traficul în sensul descendent.
MME utilizează lista purtătoarelor EPS, recepționată la pasul 1, pentru a determina dacă vreuna din purtătoarele EPS dedicate, din contextul UE, nu a fost acceptată de eNodeB țintă. În cazul în care există purtătoare neacceptate, MME le eliberează prin declanșarea unor proceuri specifice.
Daca purtătoarea implicită a unei conexiuni PDN nu a fost acceptată de eNodeB țintă și exista multiple conexiuni PDN active, MME consideră nereușite toate purtătoarele corespunzătoare acelei conexiuni PDN, acesta fiind eliberată prin declanșarea procedurii de deconectare PDN.
Dacă niciuna din purtătoarele EPS implicite nu a fost acceptată de eNodeB țintă, MME acționează așa cum este menționat la pasul 6.
Pentru fiecare conexiune PDN, SGW țintă atribuie o adresă IP și TEID pentru fiecare purtătoare și trimite un mesaj cerere de modificare a purtătoarei la PGW. Acest mesaj conține adresele IP ale SGW și TEIDs pentru traficul în sens descendent al purtătoarelor EPS acceptate.
PGW iși actualizează câmpul context și trimite mesajul răspunsul modificării purtătoarei la SGW țintă.
SGW țintă returnează răspunsul creării sesiunii la MME țintă. Acest mesaj conține adresele SGW și TEID UL pentru planul de utilizator. MME pornește un temporizator pentru a fi utilizat la pasul 8.
MME confirmă transferul prin trimiterea mesajului confirmare cerere comutare cale, ce conține adresele SGW și TEIDs pentru traficul UL, la eNodeB țintă. Dacă UE-AMBR este schimbat (de exemplu, toate purtătoarele EPS, asociate aceluiași APN, sunt respinse în eNodeB țintă), MME va furniza valoarea actualizată a UE-AMBR. De asemenea, acest mesaj conține purtătoarele a căror stabilire a eșuat. Dacă niciuna din purtătoarele EPS implicite nu a fost acceptată de eNodeB țintă, MME timite mesajul cerere de comutare cale nereușită.
Prin trimiterea mesajului eliberare resurse, eNodeB țintă informează eNodeB sursă despre succesul transferului și declansează eliberarea resurselor.
La expirarea temporizatorului setat anterior, MME sursă eliberează purtătorele din SGW sursă prin trimiterea mesajului cerere de ștergere a sesiunii.
SGW sursă confirmă prin mesajul răspunsul ștergerii sesiunii. În plus, acesta șterge purtătoarele fară să informeze PGW.
UE trimite mesajul cerere TAU/ cerere TAU combinată la MME. Dacă a fost trimis mesajul cerere TAU combinată, se va continua cu pasul 11. Altfel, se trece direct la pasul 13.
MME trimite o cerere de actualizare a locației la MSC/VLR.
MSC/VLR raspunde cu mesajul actualizarea locației acceptată.
MME raspunde cu un mesaj TAU acceptată. Procedura de realocare a GUTI este efectuată dacă timpul de realocare a expirat sau dacă UE se mută într-un PLMN deservit de același MME.
În cazul în care GUTI a fost realocat, UE trimite mesajul TAU completă la MME.
Dacă la pasul 10 a fost trimis un mesaj cerere TAU combinată, MME va trimite mesajul realocarea TMSI completă la MSC/VLR. Acest lucru se intamplă doar în cazul unui nou TMSI.
Transferul bazat pe interfața S1
Această procedură este utilizată atunci când nu există conexiune directă între eNodeB sursă și eNodeB țintă, deci nu se poate realiza transferul bazat pe interfața X2. În acest caz, eNodeB sursă solicită ajutorul MME. Toate schimburile de semnalizare și redirecționarea datelor de utilizator sunt realizate prin interfața S1. Condițiile radio pot declanșa un raport de măsurare pe baza căruia eNodeB sursă poate iniția transferul pentru a evita întreruperea serviciului. Inițierea implică trimiterea unui mesaj cerere de transfer de la eNodeB sursă la MME, prin punctul de referință S1-MME. Acesta procedură poate implica schimbarea MME și/sau SGW. Astfel, pe baza identificatorului ariei de urmărire a noii stații de bază, MME decide dacă este responsabilă pentru noua celulă sau dacă o altă entitate MME ar trebui sa preia conexiunea. În cel de-al doilea caz MME sursă selectează MME țintă. Entitatea de management a mobilității nu ar trebui să fie schimbată în timpul unui transfer inter-eNodeB decât dacă UE parăsește aria unui grup de MME-uri (MME Pool Area) care deservește dispozitivul mobil. Tot MME decide dacă este necesară schimbarea SGW și selectează noua entitate SGW dacă este nevoie.
În următoarea etapă, MME contactează eNodeB țintă prin intermediul unui mesaj cerere de transfer. Dacă acesta din urmă are capacitatea de a suporta conexiunea suplimentară, el va răspunde cu un mesaj confirmare a cererii de transfer, care, la fel ca în cazul transferului bazat pe X2, conține toate informatile necesare dispozitivului mobil pentru a efectua transferul. Redirecționarea pachetelor de date se poate face direct, de la eNodeB sursă la eNodeB țintă sau indirect, de la eNodeB sursă la eNodeB țintă prin intermediul porților SGW sursă și țintă (sau a unei singure SGW dacă aceasta nu se schimbă). Disponiblitatea unei căi directe de redirecționare a pachetelor este determinată de eNodeB sursă. Dacă există conectivitate X2 între cele două stații de bază implicate, atunci este disponibilă o cale directă de redirecționare. În caz contrar, poate fi utilzată redirecționarea indirectă. MME sursă este informată de eNodeB sursă cu privire la disponibilitatea acestei căi, iar entitatea de management determină pe baza acestei indicații dacă trebuie să aplice redirecționarea indirectă. Mai departe, această indicație este trimisă de la MME sursă la MME țintă.
Dacă MME primește o respingere a unei proceduri de interfața S1 (de exmplu, stabilirea/modificarea/eliberarea purtătoarelor dedicate), de la eNodeB, în care se indică un transfer S1 în curs, MME trebuie să reîncerce aceeași procedură în condițiile în care ramăne MME de servire . Procedura este reluată fie la finalizarea transferului, fie atunci când se consideră că acesta a eșuat, cu excepția cazului în care se face schimbarea entității SGW.
Dacă în timpul procedurii de transfer, MME detectează că este necesară schimbarea SGW și/sau MME, entitatea de management trebuie să respingă orice cerere pentru purtătoare EPS, inițiată de PDN GW și primită după începutul procedurii de transfer. Respingerea se face cu indicația că acesta este temporară și cauzată de un proces de transfer în curs de desfășurare. După primirea acestui refuz, PDN GW pornește un temporizator de gardă configurat local și va reîncerca inițierea procedurii la expirarea acestuia sau atunci când detectează terminarea sau eșuarea transferului.
În timp ce din punctul de vedere al unui dispozitiv mobil, acest transfer durează mai mult decât un transfer X2 pur, care este mai puțin complex și necesită un număr mai mic de mesaje între diversele entități ale rețelei, un transfer S1 este executat, de asemenea, în doar cateva sute de milisecunde. În plus, pentru acesta nu există diferențe în cele două tipuri de transfer.
Stația de bază țintă respinge procedura de transfer dacă niciuna dintre purtătoarele solicitate în mesjul cerere de transfer nu a putut fi stabilită. În acest caz, nu există context UE în MME/eNodeB țintă și nu sunt alocate resurse. Mai mult, MME țintă respinge cererea de transfer și eliberează toate resursele din eNodeB țintă dacă acesta acceptă procedura, dar nu sunt alocate resurse pentru nicio purtătoare EPS implicită (standard). În ambele situații, UE este deservit în continuare de eNodeB/MME sursă.
Atunci când UE se deplasează între celule și noua celulă este în aceeași arie de servicii SGW, dar este deservit de o altă enititate de management este utilizat un transfer S1 inter-MME fară relocarea SGW. Iar atunci când noua celulă este deservită atât de o nouă entitate de managementi a moblității, cât și de o altă entitate SGW, se utilizează transferul S1 inter-MME cu relocarea SGW.
Figura 3.7 Transfer bazat pe interfața S1, inter-MME, cu relocare de SGW
eNodeB sursă decide inițierea transferului la eNodeB țintă. Astfel, stația de bază curentă trimite mesajul transfer necesar (identitatea eNodeB țintă, TAI țintă) la MME sursă. TAI țintă este trimis la MME pentru a facilita selectarea unui noi entități MME.
MME sursă selectează MME țintă și trimite la acesta un mesaj cerere de redirecționare a relocării. TAI țintă este inclus în acest mesaj pentru a ajuta enitatea MME să determine dacă este necesară relocarea SGW.
MME țintă verifică dacă SGW poate continua să servească UE și selectează o nouă entitate SGW dacă este necesar. Prin compararea numelui entității SGW selectată cu numele nodului SGW primit în mesajul de la pasul 2, MME țintă determină daca are loc relocarea SGW. Dacă numele nodului SGW nu este inclus în cererea de redirecționare a relocării, SGSN țintă determină dacă are loc relocarea SGW prin compararea adresei IP a noului SGW cu adresa IP a SGW recepționată în acest mesaj. Dacă SGW sursă continuă să deservească UE, SGW sursă este identic cu SGW țintă și în acestă etapă nu se trimite niciun mesaj. În cazul prezentat, are loc relocarea SGW și MME țintă trimite un mesaj cerere de creare a sesiunii la SGW țintă, pentru fiecare conexiune PDN. MME țintă verfică aplicabilitatea unor restricții de acces sau de roaming, procedura fiind respinsă dacă UE este restricționat. Aceste restricții sunt ignorate în cazul serviciului de urgență IMS. Dacă TA țintă este restricționată, MME pastrează conexiunea PDN urgentă, iar cele non-urgente sunt eliminate.
SGW țintă trimite mesajul răspunsul creării sesiunii la MME țintă.
MME țintă trimite mesajul cerere transfer la eNodeB țintă. Acest mesaj creează contextul UE în eNodeB țintă, conținând informații despre purtătoare și contextul de securitate.
eNodeB țintă răspunde cu mesjul confirmare cerere transfer. MME țintă respinge transferul dacă niciuna din purtătoarele EPS implicite nu este acceptată de eNodeB țintă.
Dacă MME a fost relocat, MME țintă trimite răspunsul redirecționării relocării la MME sursă, mesajul include cauza cerere acceptată. În plus, pentru fiecare conexiune PDN sunt specificare doar purtătoarele reușite.
MME sursă trimite mesajul comandă transfer la eNodeB sursă. Acest mesaj include lista purtătorelor ce vor fi eliminate.
eNodeB sursă trimite acest mesaj la UE. După recepția acestui mesaj, UE va elimina orice purtătoare EPS pentru care nu a primit purtătoare radio corespondentă in celula țintă.
eNodeB sursă poate trimite mesajul transfer stare eNodeB la MME sursă. Daca acest mesaj nu este trimis, se trece la pasul 13.
Daca există o relocare de MME, MME sursă redirectionează mesajul transfer stare eNodeB prin notificarea redirecționării contextului de acces la MME țintă.
MME țintă răspunde cu mesajul confirmarea redirecționării contextului de acces.
MME țintă trimite la eNodeB țintă mesajul transfer stare MME.
După ce se sincronizează cu celula țintă, UE trimite mesajul confirmare transfer la noul eNodeB.
Atunci când UE este identificat în celula țintă și procedura de transfer bazată pe interfața S1 este finalizată, eNodeB țintă trimite mesajul notificare transfer la MME țintă.
MME trimite mesajul redirecționarea relocării completă la MME sursă. În MME sursă este pornit un temporizator pentru a superviza eliberarea resurselor în enitățile țintă eNodeB și SGW.
MME sursă trimite mesajul confirmarea redirecționării relocării completă la MME țintă.
Pentru fiecare conexiune PDN, MME țintă trimite un mesaj cerere de modificare a purtătoarei la SGW.
SGW țintă redirecționează mesajul cerere de modificare a purtătoarei la PGW. Dacă SGW nu este relocat, în acestă etapă nu se trimit mesaje și pachetele DL de la SGW sunt trimise imediat la eNodeB țintă.
PGW actualizează câmpul context și trimite mesajul răspunsul modificării purtătoarei la SGW țintă.
SGW țintă redirecționează mesajul răspunsul modificării purtătoarei la MME țintă.
Este efectuată o procedură de actualizare a ariei de urmărire.
Dacă în mesajul de la pasul 7 a fost indicată relocarea SGW, MME sursă trimite un mesaj cerere de ștergere a sesiunii la SGW sursă.
SGW sursă șterge local resursele purtătoarelor și răspunde cu mesajul răspunsul ștergerii sesiunii.
Atunci când procedura de transfer este completă, MME sursă eliberează resursele purtătoarelor EPS prin trimiterea mesajului comanda de eliberare a contextului UE la eNodeB sursă.
eNodeB sursă eliberează contextul UE și trimite mesajul eliberarea contextului UE completă la MME sursă.
Restricțiile mobilității
Restricțiile mobilității includ funcțiile de restricționare a manevrării moblității unui UE în E-UTRAN. Această funcționalitate este asigurată de UE, rețeaua de acces și rețeaua nucleu. Funcția de restricție a mobilității, în starea ECM-INACTIV este executată în UE, pe baza informațiilor primite de la rețeaua centrală. Iar în starea ECM-CONECTAT, functionalitatea este realizată în rețeaua de acces și rețeaua nucleu. De asemenea, în această stare, rețeaua centrală furnizează rețelei radio o listă de restricții ale transferului care specifică restricțiile de roaming, arie și acces.
Restricțiile de roaming
Acestă caracteristică se aplică procedurilor TAU , de atașare și de transfer. Funcționalitatea permite entității de management a mobilității să restricționeze accesul abonaților roaming cu un anumit numar IMSI la o TA dintr-o zona geografică. La atașare sau atunci când UE intră într-o nouă arie de urmărire, MME verifică dacă IMSI aferent acestuia are permisiunea de a utilizat serviciile din TA curentă. Pentru diverse seturi de numere IMSI pot fi definite diferite reguli de restricție a roamingului. Aceste restricții sunt ignorate pentru un UE cu o conexiune PDN urgentă. Cu toate acestea, în timpul procedurilor de mobilitate, conexiunile PDN non-urgente sunt eliminate atunci când UE este restricționat.
Restricțiile de acces
Caracteristica asigură restricționarea abonaților care nu au voie să acceseze rețeaua LTE. Modalitățile prin care se poate realiza acest lucru sunt analiza datelor primite de la HSS și analiza numărului IMSI primit de la UE. Și aceste restricții sunt ignorate pentru un UE cu o conexiune PDN urgentă și, de asemnenea, sunt eliminate conexiunile PDN non-urgente.
Managementul mobilității inter-sistem
Mobilitatea de la LTE la WCDMA sau GSM
Moblitatea fară flux de date
Procedura de actualizare a ariei de rutare (Routing Area Update – RAU) are loc atunci când un UE, înregistrat la un MME din rețeaua LTE, selectează o celulă UTRAN sau GERAN deservită de SGSN. În acest caz, UE se mută într-o arie de rutare (Routing Area – RA) pe care acesta nu a înregistrat-o înca în rețea. Procedura poate fi inițiată de un UE atât în starea ECM-INACTIV, cât și în ECM-CONECTAT.
O celulă UTRAN sau GERAN poate fi deservită de S4-SGSN sau de Gn/Gp-SGSN. Termenul S4-SGSN se referă la un SGSN introdus în Release 8 care are activ cel puțin un set de interfețe S4/S3/S16. Iar Gn/Gp-SGSN la un SGSN care fie nu suporta în mod explicit interfețele S4, fie setul de interfețe S4/S3/S16 este dezactivat din cauza politicii operatorului. SGSN care suportă atât interfața S4, cât și Gn/Gp permite selecția elementelor de rețea SGW/PGW și GGSN. În timp ce, Gn/Gp SGSN sprijină selecția GGSN și, optional, selecția porții PGW. Interfața S3 permite schimbul de informații despre utilizatori și purtătoare în cadrul mobilității între rețele de acces 3GPP, în starea inactivă sau/și activă. S4 sprijină mobilitatea și controlul aferent, între nucleul GPRS și funcția de fixare (ancorare) 3GPP a SGW. În plus, dacă nu este stabilit un tunel direct, această interfată asigură tunelarea planului de utilizator.
Procedura RAU către Gn/Gp-SGSN
Atunci când un UE, din rețeaua radio LTE, intră într-o arie de rutare GSM sau WCDMA care este deservită de Gn/Gp-SGSN, UE inițiază o procedură RAU către Gn/Gp-SGSN. Interfața Gn/Gp conectează MME la SGSN dintr-o rețea publică de telefonie mobilă terestră (Public Land Mobile Network – PLMN). MME convertește contextul purtătoarelor EPS în context PDP (Packet Data Protocol – Protocolul pachetului de date) și îl trimite prin interfața Gn/Gp, în format GTPv1 care poate fi interpretat de SGSN.
Pentru un abonat al serviciului de roaming, interfața Gp conectează MME la SGSN din rețeaua publică de telefonie mobilă terestră vizitată (Visting Public Land Mobile Network – VPLMN). MME convertește contextul purtătoarelor EPS în context PDP și îl trimite prin interfața Gp, în format GTPv1 care poate fi interpretat de SGSN. [43]
Figura 4.1 Procedura RAU către Gn/Gp-SGSN
UE inițiază procedura și trimite un mesaj cerere RAU la Gn/Gp SGSN.
Gn/Gp interoghează DNS sau verifică configurația locală pentru a afla ce MME trebuie sa contacteze. Apoi, îi trimite acestui MME un mesaj cerere context SGSN. MME reconsituie GUTI, cu ajutorul căruia gasește UE.
MME convertește informațiile despre purtătoarele EPS în contexte PDP pentru UE și le trimite, impreună cu contextul MM, la Gn/Gp SGSN. Acestea sunt trimise prin mesajul răspuns context SGSN, într-un format GTPv1 care poate fi interpretat de Gn/Gp-SGSN. MME poate fi configurat să trimită sau să nu trimită o conexiune PDN urgentă la o rețea de acces UTRAN sau alt PLMN.
Pot fi efectuate funcții de securitate, de exemplu, autentificarea unui abonat. Sunt negociate protecția integrității și cifrarea.
Mesajul de la pasul 4 este validat de Gn/Gp-SGSN și este trimis un mesaj de confirmare la MME. În MME este pornit un temporizator de 20 de secunde la expirarea căruia, MME elimină contextul EMM și contextul purtătoarelor EPS pentru UE.
Mesajul cerere de actualizarea a contextului PDP este trimis pentru fiecare context PDP la GGSN corespunzător de către Gn/Gp-SGSN.
GGSN efectuează această actualizare și trimite mesajul răspunsul actualizării contextului PDP.
Atunci cand este utilizată interfața Gr, Gn/Gp-SGSN trimite mesajul actualizarea locației la HLR, pentr-ul a-l informa că nu are date de abonare de la UE.
Pentru a valida prezența UE în aria de rutare, HLR trimite mesajul introducerea datelor de abonat la Gn/Gp-SGSN.
În urma recepției acestui mesaj, Gn/Gp-SGSN trimite un mesaj de confirmare la HLR, prin interfața Gr.
Cand este utilizată interfata Gr, HLR confirmă mesajul de actualizarea a locației, trimițând un mesaj corespunzător la Gn/Gp-SGSN.
Gn/Gp-SGSN validează prezența UE în noua arie de rutare și îi trimite acestuia un mesaj RAU acceptată.
UE confirmă acest mesaj, trimițând mesajul RAU completă la Gn/GP-SGSN.
Operatorul poate configura entitatea Gn/Gp-SGSN să trimită informații despre rețea la stația mobilă. În acest caz, prin mesajul informații GMM, stația mobilă poate primi informații despre timpul local.
În sistemele WCDMA, atunci când este menționată urmărirea la cerere, Gn/Gp-SGSN pornește un temporizator predefinit pentru supervizarea activității Iu. Conexiunea Iu este eliberată la expiratea acestuia.
MME elimină purtătoarele și trimite un mesaj comanda eliberării contextului UE la eNodeB.
eNodeB trimite confirmarea eliberarea contextului UE completă la MME.
Contextele conexiunilor PDN și al purtătorelor care au fost transferate la Gn/Gp-SGSN sunt șterse din SGW prin trimiterea mesajului cerere de ștergere a sesiunii. SGW nu redirecționează acest mesaj la PDN GW.
SGW răspunde cu mesajul raspunsul ștergerii sesiunii.
În MME, purtătoarele EPS sunt șterse și starea UE se schimbă în EMM- NEÎNREGISTRAT.
Procedura RAU către S4-SGSN
Atunci când un UE, din rețeaua radio LTE, intră într-o arie de rutare GSM sau WCDMA care este deservită de S4-SGSN, el inițiază o procedură RAU către S4-SGSN. MME este conectat la S4-SGSN din PLMN prin intermediul interfeței S3 și trimite prin aceasta interfață contextul purtătorelor EPS, într-un format GTPv2 care poate fi interpretat de S4-SGSN.
În timpul procedurii de transfer inter-RAT de la LTE la WCDMA, entitatea S4-SGSN verifică dacă nivelul QoS al purtătoarelor este mai mare decât cel din plaja de valori QoS (QoS policy map) bazată pe numărul IMSI. Pentru purtătoare cu rata de transfer garantată (Guaranteed Bit Rate – GBR), dupa procedura RAU sunt dezactivate toate purtătorele care au un nivel QoS mai mare decât limita menționată anterior (QoS policy map). În cazul purtătorelor non-GBR, parametrul APN-AMBR, rata de transfer maximă cumulată APN, este redus dacă acestă este mai mare decat nivelul QoS bazat pe seria IMSI sau cel bazat pe RNC.
Procedura de actualizare a ariei de rutare poate fi realizată cu relocarea sau nu a SGW.
Procedura RAU neacceptată
Procedura de actualizare a ariei de rutare poate fi abandonată de SGSN, caz în care este trimis la UE sau MS un mesaj RAU respinsă care conține și motivul acestei respingeri. Sau poate fi ignorată fară ca UE sau MS să fie informați. [43]
Mobilitatea cu flux de date
Un echipament de utilizator, înregistrat la un MME din rețeaua LTE, care are sesiuni în curs de desfășurare se poate muta într-o celulă GSM sau WCDMA deservită de Gn/Gp-SGSN sau S4-SGSN. Întrucat noua arie de rutare în care ajunge UE nu este înregistrată în rețea, acesta inițiază o procedură de actualizare a ariei de ruatre către S4-SGSN sau către Gn/Gp-SGSN. Pentru menținerea acestor sesiuni, în mesajul cerere RAU este indicat fanionul urmărire la cerere.
Daca este activă funcția de selecție statică, MME sursă o folosește pentru a găsi SGSN țintă în timpul procedurii de transfer inter-RAT (IRAT).
Transferul inter-RAT de la E-UTRAN la UTRAN în modul Iu
O condiție prealabilă a procedurii de transfer este starea ECM-CONECTAT a echipamentului de utilizator. Procedura este divizată în faza de pregatire și cea de execuție.
Faza de pregătire
Figura 4.2 Transferul inter-RAT de la E-UTRAN la UTRAN în modul Iu, faza de pregătire
Stația de bază sursă, eNodeB, decide să inițieze transferul inter-RAT la rețeaua de acces țintă, UTRAN în modul Iu. În acest moment, datele de utilizator UL și DL sunt transmise prin: purtătoare între UE și eNodeB sursă, prin tunele GTP între eNodeB sursă, SGW și PDN GW.
eNodeB sursă trimite un mesaj transfer necesar la MME sursă, prin care solicită rețelei centrale rezervarea resurselor în entitățile țintă RNC, SGSN și SGW. Atunci când celula țintă este una CSG, eNodeB sursă ar trebui să includă CSG ID al celului respective.
MME sursă inițiază procedura de alocare a resurselor pentru transfer trimițând mesajul cerere de redirecționare a relocării la SGSN țintă. Acesta mesaj poate conține o serie de parametri, precum IMSI, CSG ID, conexiunile PDN, contextul MM, suportul ISR etc. Acest mesaj inlcude toate conexiunile PDN active în sistemul sursa, respectiv APN asociat fiecăreia dintre ele și o listă a contextelor purtătoarelor EPS.
Atunci când CSG ID este furnizat de eNodeB, MME sursă trebuie să efectueze controlul accesului, verificând subscripția CSG a UE. Dacă nu există o abonare CSG corespunzătoare CSG ID furnizat de stația de bază sau dacă aceasta a expirat, MME va respinge transferul. O excepție în acest sens fiind dată de situația în care UE are purtătoare de servicii urgente. CSG ID este inclus în mesajul trimis de MME sursă la SGSN țintă atunci când celula țintă este o celulă CSG.
Informația cu privire la suportul ISR este inclusă atunci când MME sursă și entitatea SGW asociată sunt capabile să activeze ISR pentru echipamentul de utilizator.
SGSN țintă realizează mapare 1-la-1 a purtătorelor EPS la contextele PDP. Contextul MME conține informații legate de securitate, de exemplu, algoritmii de cifrare suportați.
SGSN țintă determină dacă SGW trebuie să fie relocat, de exemplu, din cauza schimbării PLMN. În cazul în care este necesară relocarea, SGSN realizează selecția SGW și trimite un mesaj cerere de creare a sesiunii pe fiecare conexiune PDN. În acest mesaj este inclus parametrul tipul protocolului prin S5/S8 prin care SGW este infomat cu privire la tipul protocolului ce trebuie utilizat prin interfața S5/S8. De asemenea, SGSN țintă stabilește contextul purtătoarelor EPS în ordinea indicată și le dezactiveaza pe cele care nu pot fi stabilite.
SGW țintă alocă resursele locale și returnează un mesaj răspunsul creării sesiunii la SGSN țintă.
SGSN țintă solicită RNC-ului țintă stabilirea resurselor în reteaua radio (RABs) prin trimiterea unui mesaj cerere de relocare. Daca contextul MM conține restricții de acces, RNC țintă va restricționa transferul unui UE în modul conectat la o tehnologie de acces radio (RAT) interzisă prin aceste restricții. Și în aceasta etapă este verificată susbscripția CSG corespunzătoare CSG ID furnizat de SGSN țintă.
Pentru fiecare RAB solicitată, lista corespunzătoare acestora trebuie să conțină RAB ID, parametri RAB care dau profilul Qos, adresa nivelului transport care reprezintă adresa SGW pentru UP (dacă este utilizat tunel direct) sau adresa SGSN pentru UP (dacă nu este utilizat tunel direct).
RNC țintă alocă resursele solicitate de SGSN și returnează parametri aplicabili la acesta, prin intermediul mesajului confirmarea cererii de relocare. Acest mesaj conține lista RAB-urilor configurate și a celor pentru care a eșuat configurarea. În urma trimterii acestui mesaj, RNC țintă este pregatit să recepționeze PDUs GTP DL de la SGW sau de la SGSN țintă dacă nu se utilizează tunel direct, pentru RABs acceptate. Orice context al unei purtătoare EPS pentru care nu a fost stabilit un RAB sunt menținute în SGSN țintă și UE. Acestea sunt dezactivate de SGSN, prin proceduri specifice, la finalizarea procedurii de actualizare a ariei de rutare (RAU).
Dacă se folosește redirecționarea indirectă și relocarea SGW și se utilizează tunel direct, SGSN țintă trimite mesajul cerere de creare a tunelului de redirecționare indirectă a a datelor (Adresa RNC tinta) la SGW, iar în cazul în care nu se utilizează tunel direct SGSN trimite mesajul cerere de creare a tunelului de redirecționare indirectă a a datelor (adresa SGSN). Redirecționarea indirectă poate fi efectuată printr-o poartă SGW diferită de cea folosită ca punct de ancorare (fixare) pentru UE.
SGW returnează răspunsul creării tunelului de redirecționare indirectă a datelor (adresa SGW) la SGSN țintă.
SGSN țintă trimite mesajul răspunsul redirecționării relocării (adresa SGSN pentru CP, informții despre RAB, indicația schimbării SGW) la MME sursă.
Dacă se folosește redirecționarea indirectă, MME sursă tirmite mesajul cerere de creare a tunelului de redirecționare indirectă a a datelor la SGW utilizat pentru redirecționarea indirectă a datelor.
SGW returnează parametri de redirecționare prin trimiterea mesajului răspunsul creării tunelului de redirecționare indirectă a datelor (adresa SGW). În cazul în care SGW nu suportă redirecționarea datelor, va fi returnată cauza respingerii acestui proces, iar adresa SGW nu va fi inclusă în acest mesaj.
În acest moment, eNodeB sursă continuă sa recepționeze PDU UL și DL ale UP.
Faza de execuție
Figura 4.3 Transferul inter-RAT de la E-UTRAN la UTRAN în modul Iu, faza de execuție
MME sursă finalizează faza de pregătire trimițând mesajul comanda transfer (lista E-RABs ce trebuie eliberate, lista purtătoarelor supuse redirecționării datelor) la eNodeB sursă. eNodeB sursă inițiază expedierea datelor pentru purtătoarele incluse în lista menționată anterior. Transmiterea datelor se poate realiza direct la RNC țintă sau, alternativ, prin SGW, dacă așa decide MME sursă și/sau SGSN țintă, în faza de pregătire.
Prin mesajul comanda HO de la E-UTRAN , eNodeB comanda transferul (Handover – HO) echipamentului de utilizator la rețeaua de acces țintă. Acest mesaj conține un container transparent ce include parametri radio configurați de RNC în faza de pregătire. După recepția acestui mesaj, UE va asocia ID-ul purtătoarelor sale la RABs corespunăatoare și va intrerupe transmisia în sens ascendent a datelor UP.
–
UE se mută în sistemul țintă, UTRAN Iu (3G), executând transferul pe baza parametrilor radio conținuți în mesajul primit de la stația de bază.
RNC țintă trimite mesajul relocare completă la SGSN. Scopul acestei proceduri este de a indica finalizarea mutării din rețeaua de acces E-UTRAN la RNC. După primire acestui mesaj, SGSN țintă trebuie să fie pregatit să primească date de la RNC țintă. Fiecare N-PDU UL recepționat de SGSN țintă va fi redirecționat direct la SGW.
În următoarea etapă, noul SGSN anunță MME sursă ca UE a ajuns în rețeaua de acces țintă prin trimterea mesajului notificarea redirecționării relocării complete (ISR activ, schimabarea SGW). Dacă este indicat parametrul ISR activ, MME sursă ar trebui să păstreze contextul UE și să activeze ISR, lucru posibil doar când SGW nu este schimbat. În MME sursă este pornit un temporizator pentru supervizarea eliberării resurselor în entitățile sursă eNodB și SGW (pentru cazul cu relocare de SGW). Când acesta expiră și SGSN țintă nu indică parametrul ISR activat, MME sursă eliberează toate resursele purtătorelor corespunzătoare echipamentului de utilizator. Dacă schimbarea SGW este indicată și temporizatorul expiră, MME sursă șterge resursele purtătoarelor EPS prin trimiterea mesajului cerere de ștergerea a sesiunii (cauza, indicarea acțiunii) la SGW.
Procedura de transfer este finalizată de SGSN țintă, acesta informând poarta SGW că el este responsabil de contextul purtătoarelor EPS pe care le-a stabilit UE. Acest lucru se realizează prin trimiterea mesajului cerere de modificare a purtătoarei (adresa SGSN pentru CP, tipul RAT, ISR activ) pe fiecare conexiunea PDN. În acest mesaj pot fi incluse și informații despre locația UE sau infomații CSG dacă acestea sunt solicitate de PDN GW.
Prin trimiterea, pe fiecare conexiune PDN, a mesajului cerere de modificare a purtătoarei, SGW poate informa PDN GW în legatura cu schimbarea SGW sau a tipului de tehnologie de acces radio (RAT). De asemenea, SGW poate include informații despre locația utilizatorului și despre CSG, dacă acestea sunt prezente la pasul 7. PDN GW confirmă recepționarea acestei cereri prin mesajul răspunsul modificării purtătoarei.
SGW confirmă, prin intermediul mesajului răspunsul modificării purtătoarei, comutarea planului de utilizator la SGSN țintă. În această etapă, calea planului de utilizator este stabilită pentru toate contextele purtătorelor EPS între UE, RNC țintă, SGSN țintă (dacă nu este utilizat Tunel Direct), SGW și PDN GW.
UE inițiază procedura de actualizare a ariei de rutare atunci când recunoaște că aria de rutare curentă nu este înregistrată în rețea.
Atunci când expiră temporizatorul pornit la pasul 6, MME sursă trimite mesajul eliberarea resurselor la eNodeB și acesta din urmă eliberează resursele asociate echipametului de utilizator. De asemenea, dacă la pasul 7 al fazei de pregătire, MME sursă primește indicația de schimbare a SGW, acesta va șterge resursele purtătoarelor EPS prin intermediul mesajului cerere de ștergere a sesiunii. Iar SGW confirma prin răspunsul ștergerii sesiunii.
Dacă a fost utilizată redirecționarea indirectă, la expirarea temporizatorului pornit la pasul 6, MME sursă trimite cererea de ștergere a tunelului pentru redirecționarea indirectă a datelor la SGW. Aceasta are ca scop eliberarea resurselor temporare utilizate pentru redirecționarea indirectă.
Dacă a fost utilizată redirecționarea indirectă și SGW este relocat, expirarea aceluiași temporizator determină schimbul mesajelor menționate la pasul 12 între SGSN țintă și SGW.
Tot în această fază, ca parte a procesului de actualizare a ariei de rutare, SGSN verifică dacă transferul trebuie efectuat într-o arie restricționată. În cazul în care aria respectivă este limitată, SGSN inițiază procedura de dezactivarea a contextului PDP non-urgent printr-un mesaj cerere de ștergere a contextului PDP trimis către GGSN. Daca acest mesaj conținte indicatorul Teardown Ind, GGSN dezactivează toate contextele PDP asociate adresei PDP. Acest indicator este utilizat pentru a menționa faptul că toate contextele PDP ce împart adresa cu contextul PDP identificat în cerere, vor fi dezactivate. Mai departe, contextul PDP corespunzător este eliminat și în dispozitivul mobil.
Dacă UE are în curs de desfășurare purtătoare de servicii urgente, transferul este efectuat independent de lista de restricții ale transferului. De asemenea, dacă acesta are în curs de desfășurare purtătoare de servicii urgente, MME sursă evaluează transferul la celula CSG țintă, independnt de subscripția CSG a echipamentului de utilizator. Daca se efectuează transferul la o celula CSG la care UE nu este abonat, RNC țintă va accepta doar purtătoarele urgente, iar SGSN țintă dezactivează contextul PDP non-urgent.
Procedura de transfer poate fi respinsă de RNC țintă daca niciuna dintre RAB-urile solicitate nu au putut fi stabilite. În acest caz, nu sunt alocate resurse și nu există un context pentru UE în SGSN/RNC, UE rămânând în eNodeB/MME sursă.
Pentru mobilitatea de la LTE la GSM există proceduri similare celei descrise mai sus, de exemplu, transferul inter-RAT de la E-UTRAN la GERAN în modul A/Gb. [16]
Moblitatea de la GSM sau WCDMA la LTE
Mobilitatea fară flux de date
Atunci când un UE înregistrat la un SGSN din rețeaua GSM sau WCDMA se mută într-o celuă LTE deservită de o entitate de management a moblității, dispozitivul mobil ajunge într-o arie de urmărire neînregistrată în rețea. În acest caz, o procedură TAU către MME este inițiată de UE în starea ECM-INACTIV.
Procedura de actualizare a ariei de urmărire de la Gn/Gp-SGSN la MME
Moblitate fară flux de date, de la GSM sau WCDMA la LTE, prin interfața Gn/Gp, se referă la procedurile suportate de un echipament de utilizator atunci cand se deplasează dintr-o arie de rutare GSM sau WCDMA într-o arie de urmărire. În acest caz, o procedură de actualizare a ariei de urmărire este inițiată de UE. MME este conectată prin interfața Gn/Gp la Gn/Gp-SGSN din HPLMN. De asemenea, acestă interfață conectează Gn/Gp-SGSN la PGW.
Figura 4.4 Procedura de actualizare a ariei de urmărire de la Gn/Gp-SGSN la MME
Atunci când un UE se deplasează dintr-o rețea GSM sau WCDMA într-o retea LTE, o procedură de actualizare a ariei de urmărire este inițiată de acesta prin trimitere unui mesaj cerere TAU la MME.
MME selectează Gn/Gp-SGSN și îi trimite mesajul cerere context SGSN, prin care solicită contextul MM și contextele PDP pentru UE.
Gn/Gp-SGSN verifică UE și trimite contextele solicitate la pasul anterior. MME verifică daca se aplica restricții de acces sau roaming. Dacă restricțiile de roaming sunt active, MME verifică dacă numărul IMSI este restricționat în TA curentă. Procedura este respinsă daă acesta este restricționat. În plus, în Gn/Gp-SGSN este pornit un temporizator de 20 de secunde.
Pot fi efectuate funcții de securitate, de exemplu, autentificarea unui abonat. Sunt negociate protecția integrității și cifrarea. De asemenea, se poate efectua procedura de verificare a IMEI.
MME validează contextele PDP de la Gn/Gp-SGSN și le convertește în purtator EPS de informații.
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 purtătorei la PGW.
PGW răspunde cu un mesaj răspunsul modificării purtătoarei, indicând care purtătoare din conexiunea PDN este cea implicită.
SGW trimite mesajul răspunsul creării sesiunii la MME. Acesta din urma verifică dacă lista purtătorelor EPS active conține cel puțin una implicită. Toate conexiunile PDN și purtătorele EPS invalide sunt șterse din MME.
MME trimite un mesaj cerere de actualizarea a locației la HLR/HSS pentru a informa această entitatea cu privire la schimbarile apărute și pentru a obține datele de abonament ale utilizatorului. Mesajul poate conține starea utilizatorului și informații de localizare.
HLR/HSS identifică vechea locație a UE și trimite un mesaj cerere de anulare a localizării la Gn/Gp-SGSN.
Gn/Gp-SGSN trimite confirmarea anulării localizării la HLR/HSS.
HLR/HSS trimite mesajul răspunsul actualizării locației la MME prin care transmite noua locație a echipamentului de utilizator. MME actualizeaă datele de subscripție, stabilește un context pentru UE și verifică dacă conexiunea de semnalizare NAS nu va fi menținută după finalizarea procedurii TAU.
Mesajul TAU acceptată este trimis de MME la UE. Pentru că în acest mesaj sunt incluse contextele purtătoarelor EPS active în MME, UE va dezactiva local toate contextele indicate ca fiind inactive în MME, indiferent de starea lor în UE. De asemenea, realocarea GUTI este efectuată.
Noul GUTI este acceptat de UE, acesta returnând un mesaj TAU completă la MME.
MME inițiază procedura de eliberare a interfeței S1 și trimite comanda eliberării contextului UE la eNodeB.
eNodeB eliberează resursele asociate echipamentului de utilizator și trimite mesajul eliberarea contextului UE completă. În urma acestei acțiuni, UE trece în starea ECM-INACTIV. În plus, înregistrarea abonatului este ștearsă din SGSN la expirarea temporizatorului pornit la pasul 3.
Dacă nu există o modificarea a calitătii serviciilor purtătorelor inițiată de PGW, opțional, după procedura TAU este efectuată o modificare QoS. [16]
Mobilitatea cu flux de date
Mobilitatea cu flux de date, de la GSM sau WCDMA la LTE, se referă la procedurile pe care le suportă un UE având sesiuni în curs de desfășurare, atunci când se deplasează dintr-o arie de rutare GSM sau WCDMA la o arie de urmărire LTE. Pentru menținerea acestor sesiuni, în solicitatea procedurii de actualizare a ariei de urmărire este indicat fanionul activ. Acesta determină restabilirea tuturor RAB-urilor imediat după finalizarea procedurii. Procedura TAU cu flux de date este similară celei prezentate in sectiunea anterioară, și anume TAU fară flux de date, dar mesajele corespunzătoare pașilor 17, respectiv 18 nu sunt trimise deoarece sesiunea este menținută după finalizarea procedurii TAU.
Transferul inter-RAT de la UTRAN în modul Iu la E-UTRAN
Procedura de transfer inter-RAT de la UTRAN în modul Iu la E-UTRAN are loc atunci când rețeaua decide să efectueze un transfer. Decizia de efectuare a transferului PS de la UTRAN Iu la E-UTRAN este luată de rețea pe baza măsurărilor cu privire la condițiile radio efectuate și raportate de UE la UTRAN RNC.
Dacă purtătoare de servicii urgente sunt în curs de desfășurare pentru UE, MME verifică, ca parte a procedurii de actualizare a ariei de urmărire din faza de execuție, dacă transferul trebuie realizat într-o arie restricționată. Dacă acesta este, într-adevar, o arie limitată, MME eliberează purtătorele de servicii non-urgente prin procedura de deconectare PDN. În timpul acesteia sunt șterse toate purtătoarele corespunzătoare conexiunii PDN pentru care se solicita deconectarea, inclusiv cea implicită.
Dacă purtătoare de servicii urgente sunt în curs de desfășurare pentru UE, SGSN sursă evaluează transferul la celula CSG țintă independent de abonarea CSG a UE. Daca transferul trebuie efectuat la o celulă CSG la care UE nu este abonat, eNodeB țintă acceptă doar purtătoarele de servicii urgente, iar MME eliberează conexiunile PDN non-urgente care nu au fost acceptate de eNodeB.
Faza de pregătire
Figura 4.3 Transfer inter-RAT de la UTRAN Iu la E-UTRAN, faza de pregătire
RNC sursă decide să ințieze transferul inter-RAT la E-UTRAN. În acest moment, datele de utilizator UL și DL sunt transmise prin: purtătoare între UE și RNC sursă, prin tunele GTP între RNC sursă, SGSN sursă (doar dacă nu este utilizat tunel direct), SGW și PDN GW.
RNC sursă trimite un mesaj relocare necasară (cauza, identificator eNodeB țintă, identificator RNC sursă, lista purtătoarelor ce solicită redirecționarea datelor) la SGSN sursă, prin care solicită rețelei centrale stabilirea resurselor în entitațile țintă eNodeB, MME și SGW. Lista purtătoarelor conține RABs pentru care RNC sursă decide că este necesară redirecționarea (directă sau indirectă) datelor.
SGSN sursă inițiază procedura de alocarea a resurselor pentru transfer, prin trimiterea la MME țintă a unui mesaj, cerere de redirecționarea a relocării, ce conține o serie de parametri, precum: IMSI, CSG ID, conexiuni PDN, context MM, suportul pentru ISR etc. Acest mesaj conține contextul tuturor purtătoarelor EPS corespunzătoare purtătoarelor stabilite în sistemul sursă. De asemenea, mesajul conține toate conexiunile PDN active în sistemul sursă și APN asociat fiecăreia dintre acestea. Mai mult, SGSN sursă trebuie să efectueze controlul accesului prin verficarea subscripției CSG a UE atunci când RNC sursă furnizează CSG ID. Dacă nu există date de subscripție pentru acel CSG ID sau dacă aceasta a expirat, RNC va respinge transferul, cu excepția cazului în care UE are purtătoare de servicii urgente, dacă celula țintă este o celulă CSG. Contextul MM conține informații legate de securitate. Algoritmul de cifrare NAS și cel de integritate sunt alese de MME țintă, iar acestea vor fi trimise transparent de la eNodeB țintă la UE. În plus, MME țintă realizaează maparea 1-la-1 a contextelor PDP la purtătoarele EPS. Acestea din urma fiind stabilite de MME țintă în ordinea indicată și dezactivându-le pe cele ce nu pot fi stabilite.
MME țintă determină dacă SGW trebuie să fie relocat, de exemplu, din cauza schimbării PLMN. În cazul în care este necesară relocarea, MME realizează selecția noului SGW și 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 țintă. În acest mesaj este inclus parametrul Tipul protocolului prin S5/S8 prin care SGW este infomat cu privire la tipul protocolului ce trebuie utilizat prin interfața S5/S8.
SGW țintă alocă resurse locale și returnează mesajul răspunsul creării sesiunii la MME țintă.
MME țintă solicită stației de bază, eNodeB țintă, stabilirea purtătoarelor prin trimiterea unui mesaj cerere de transfer (lista purtătoarelor EPS ce trebuie configurare, CSG ID). Dacă celula țintă este una CSG, eNodeB corespunzător trebuie să verifice CSG ID primit de la MME și să respingă transferul in cazul în care acesta nu corespunde cu CSG ID al celulei țintă.
eNodeB țintă alocă resursele solicitate de MME și îi returnează parametri aplicabili prin confirmarerea cererii de transfer. După trimiterea acestui mesaj, eNodeB țintă ar trebui să fie pregatit să recepționeze PDUs DL pentru purtătoarele EPS acceptate, de la SGW.
Dacă se aplică redirecționarea indirectă și relocarea SGW, MME țintă trimite mesajul cerere de creare a tunelului de redirecționare indirectaă a a datelor la SGW. Redirecționarea indirectă poate fi efectuată printr-o poartă SGW diferită de cea folosită ca punct de ancorare (fixare) pentru UE.
SGW returnează răspunsul creării tunelului de redirecționare indirectă a datelor la MME.
MME trimite mesajul răspunsul redirecționării relocării (lista RAB-urilor ce trebuie configurate și a purtătoarelor EPS, adresa MME pentru CP, indicarea schimbării SGW) la SGSN sursă.
Dacă se aplică redirecționarea indirectă, SGSN sursă trimite mesajul mesajul cerere de creare a tunelului de redirecționare indirectă a datelor la SGW utilizat pentru trimiterea datelor.
SGW returnează parametri UP de redirecționare prin trimiterea mesajului răspunsul creării tunelului de redirecționare indirectă a datelor. În cazul în care SGW nu suportă redirijarea datelor, acesta va returna o cauză corespunzătoare, iar adresa sa nu va fi inclusa în mesaj.
În acest moment, RNC sursă continuă să primească PDUs UL și DL ale planului de utilizator.
Faza de excuție
Figura 4.4 Transfer inter-RAT de la UTRAN Iu la E-UTRAN, faza de execuție
Faza de pregătire este finalizată de SGSN sursă prin trimiterea unui mesaj comanda relocării la RNC sursă. Acest mesaj poate conține o listă a RAB-urilor pentru care nu au putut fi stabilite purtătoare în eNodeB țintă.
Următoarea etapă constă în trimiterea unui mesaj comanda HO de la UTRAN prin care RNC îi comandă echipamentului de utilizator transferul la eNodeB țintă. Mesajele specifice rețelei radio, trimise la UE, conțin parametri radio setați de eNodeB țintă în faza de pregătire. După recepționarea mesajului, UE asociază ID-ul RAB-urilor sale la ID-ul purtătoarelor corespunzătoare și va întrerupe transmisia în sens ascendent a datelor planului de utilizator.
–
Astfel, UE se mută în rețeaua de acces E-UTRAN și efectuează procedurile de acces la eNodeB țintă.
UE trimite mesajul transfer la E-UTRAN complet la eNodeB țintă atunci când are acces la acesta. În acestă etapă, UE dezactivează implicit purtătorele EPS pentru care nu s-a putut stabili un E-RAB.
MME este informat că UE are acces la eNodeB prin mesajul semnalarea transferului.
La rândul său, SGSN sursă primește aceeași informație în legatură cu UE prin mesajul notificarea redirecționării relocării complete primit de la MME țintă. SGSN pornește un temporizator pentru supervizarea eliberării resurselor în RNC sursă și SGW. În urma confirmării primite de la SGSN, dacă se aplică redirecționarea indirectă, MME pornește un temporizator.
Procedura de transfer inter-RAT este finalizată de MME țintă prin informarea SGW că responsabil de toate purtătoarele stabilite de UE este MME. Acest lucru se realizează prin trimiterea mesajului cerere de modificare a purtătoarei pe fiecare conexiune PDN. Dacă PDN GW solicită locația UE și informații CSG, atunci acestea vor fi incluse în acest mesaj. Tot în această etapă, prin intermediul unor proceduri specifice, MME eliberează purtătoarele neacceptate. Dacă SGW primește un pachet DL pentru o purăatoare neacceptată, acesta va arunca acest pachet fară ca MME să fie informat.
Prin trimiterea, pe fiecare conexiune PDN, a mesajului cerere de modificare a purtătoarei, SGW poate informa PDN GW în legatură cu relocarea SGW sau schimbarea tipului de tehnologie de acces radio (RAT). De asemenea, SGW poate include informații despre locația utilizatorului și informații CSG, dacă acestea sunt prezente la pasul 8. PDN GW confirmă recepționarea acestei cereri prin mesajul răspunsul modificării purtaătoarei.
SGW confirmă, prin intermediul mesajului răspunsul modificării purtătoarei, comutarea planului de utilizator la MME țintă. În această etapă, calea planului de utilizator este stabilită pentru toate purtătoarele între UE, eNodeB țintă, SGW și PDN GW.
Procedura de actualizare a ariei de urmărire este inițiată de UE în oricare din situațiile menționate în secțiunea 3.1.9.
La expirarea temporizatorului pornit la pasul 7, SGSN sursă eliberează toate resursele dintre el și RNC, trimițând procedura de eliberare Iu la acesta din urmă. În aceleași condiții, dacă SGSN recepționează indicația schimbării SGW, în mesajul de la pasul 7 al fazei de pregătire, el va elimina resursele purtătoarelor EPS prin cererea de ștergere a seisunii.
Dacă a fost utilizată redirecționarea indirectă, atunci la expirarea temporizatorului pornit în SGSN sursă la pasul 7, SGSN sursă trimite cererea de ștergere a tunelului pentru redirecționarea indirectă a datelor la SGW. Aceasta având ca scop eliberarea resurselor temporare utilizate pentru redirecționarea indirectă.
Dacă a fost utilizată redirețtionarea indirectă și SGW este relocat, atunci expirarea temporizatorului pornit în MME țintă îl determină pe acesta să trimită cererea de ștergere a tunelului pentru redirecționarea indirectă a datelor la SGW țintă. Aceasta având ca scop eliberarea resurselor temporare utilizate pentru redirecționarea indirectă.
Pentru mobilitatea de la LTE la GSM există proceduri similare celei descrise mai sus, de exemplu, transferul inter-RAT de la GERAN în modul A/Gb la E-UTRAN. [16]
Mobilitatea între LTE și rețele non-3GPP
Arhitectura EPC a fost proiectată astfel încat să permită interconectarea cu aproape orice tehnologie de acces. Astfel, utilizând procedura de transfer, abonații se pot deplasa între sisteme de acces 3GPP și non-3GPP. Acest tip de transfer este efectuat prin mutarea unei singure conexiuni PDN la un moment dat. Prima conexiune este mutată utilizand procedura de atașare.
Rețelele de acces non-3GPP pot fi împartite în categoria celor de încredere și a celor care nu sunt de încredere.
Rețelele de acces non-3GPP considerate de încredere pot interacționa direct cu EPC;
Rețelele de acces non-3GPP care nu sunt considerate de încredere, interacționează cu EPC prin intermediul unei entități numită poartă evoluată a pachetelor de date (Evolved Packet Data Gateway – ePDG). Rolul principal al acestei entități este de a asigura mechanisme de securitate, cum ar fi tunelul IPsec pentru conexiunile cu UE prin rețele de acces non-3GPP din cea de-a doua categorie.
Standardele 3GPP nu spcifică ce tehnologie non-3GPP trebuie considerată de încredere sau nu, acestă decizie este luată de operator. Termenul non-3GPP se referă la faptul că aceste tehnologii nu au fost definite în 3GPP. Aceste tehnologii includ WiMAX, cdma2000, WLAN sau rețele fixe.
Un transfer inter-sistem între sistemele de acces 3GPP și non-3GPP permite unui utilizator să se mute dintr-o rețea LTE într-o rețea non-3GPP. Procedura este inițiată de rețea pentru a minimiza înteruperea serviciului.
Aplicații ale mobilității
CSFB la WCDMA și GSM
Rețelele LTE au fost implementate în întreaga lume, oferind o serie de avantaje precum viteze excelente de transmisie a datelor și eficiență spectrală înaltă. În plus, rețelele de generație inferioară, GSM și WCDMA, continuă să ofere servicii. Datorită avantajelor distincte pe care le prezintă în furnizarea serviciilor mobile de bandă largă se prezice ca aceste rețele vor coexista pentru o lungă perioadă de timp.
Fiind un sistem cu pachete comutate și suportând doar servicii bazate pe pachete, pentru LTE au fost introduse soluții care permit utilizatorilor LTE accesul la serviciile de circuite comutate. Revenirea la circuite comutate (Circuit Switched FallBack – CSFB, în continuare se va folosi termenul CSFB), la WCDMA și GSM, este o caracteristică opțională care furnizează voce și 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. Acestă funcție este disponibilă doar dacă aria de acoperire E-UTRAN se suprapune cu una din ariile de acoprire GERAN sau UTRAN.
Figura 4.5 Arhitectura EPS pentru CSFB și SMS prin SGs [21]
Funcția CSFB în EPS este realizată prin utilizarea mechanismului interfeței SGs între serverul MSC și MME. Arhitectura EPS pentru CSFB este ilustrată în figura 2.3.
SGs este punctul de referintă dintre MME și serverul MSC și este utilizat pentru procedurile de management ale mobilității și de cautare (paging) dintre EPS și domeniul CS. În plus, punctul de referință SGs este utilizat pentru livrarea MO SMS și MT SMS.(originate terminate)
Elementele de rețea capabile CSFB și/sau SMS prin SGs trebuie să îndeplinească funcții suplimentare.
UE:
Proceduri combinate pentru atașarea, actualizarea, detașarea EPS/IMSI;
Proceduri CSFB și/sau SMS prin SGs pentru utilizarea serviciilor CS;
Suportă atât accesul la E-UTRAN/EPC, cât și accesul la domeniul CS prin GERAN și/sau UTRAN.
MME:
Selecția multiplelor PLMN-uri pentru domeniul CS;
Selecția RAT pentru domeniul CS;
Suportul procedurilor SMS în conformitate cu specificațiile 3GPP;
Livrarea PLMN ID înregistrat pentru domeniul CS la eNodeB;
Menținerea asocierii SGs spre MSC/VLR pentru EPS/IMSI aferent UE-ului;
Respingerea cererii de apel CSFB;
Inițierea procedurilor de căutare (paging) spre eNodeB atunci când MSC caută UE pentru servicii CS;
Derivarea unui număr al VLR și a identificatorului ariei de localizare (LAI) din identificatorului ariei de urmărire (TAI) al celulei curente;
În cazul în care MME suportă doar SMS prin SGs (nu suportă CSFB), fie va raspunde cu un mesaj “Doar-SMS”, fie va respinge atașarea IMSI;
Dacă rețeaua suportă tratarea apelurilor CSFB cu prioritate, MME trebuie să indeplinească și alte funcții suplimentare :
Pentru mesajul de căutare (paging) recepționat pe interfața SGs cu indicator de prioritate, MME asigură un tratament preferențial acestui mesaj și procedurii CSFB ulterioare, comparativ cu alte proceduri normale. De asemenea, MME stabilește indicatorul de prioritate (de exemplu, “Prioritate ridicată CSFB”) în mesajul S1AP pentru eNodeB, astfel încât eNodeB să poată iniția procedura CSFB cu prioritate;
Pentru o cerere CSFB de la un utilizator de servicii, MME determină dacă este necesară tratarea cu prioritate a cererii CSFB.
MSC:
Menținerea asocierii SGs spre MME pentru EPS/ IMSI aferent UE-ului;
Suportul procedurilor SMS în conformitate cu specificațiile 3GPP.
E-UTRAN:
Transmiterea cererii de căutare (paging) la UE;
Dirijarea UE către celula țintă capabilă CS;
Configurarea necesară pentru a permite operatorului sa aleagă tenhologia de acces radio (RAT) la care sa se revină (fallback) și frecvența;
Pentru SMS prin SGs nu este necesară o funcționalitate specifică. În schimb, dacă rețeaua suportă tratarea apelurilor CSFB cu prioritate, E-UTRAN trebuie să îndeplinească alte funcții suplimentare:
Pentru mesajul de căutare (paging) recepționat în S1AP cu indicator de prioritate, E-UTRAN ar trebui să asigure tratament preferențial acestei cereri, în comparație cu alte cereri de căutare normale;
Pentru mesajele S1AP cu indicație de prioritate (de exemplu, “Prioritate ridicată CSFB”), dacă UE este în modul inactiv (IDLE), eNodeB trebuie să asigure tratament preferențial în alocarea resurselor radio E-UTRAN, în comparație cu alte cereri normale pentru resurse.
Este obligatoriu ca UE, MME și MSC care suportă CSFB să suporte și SMS prin SGs, în timp ce nu este necesar ca UE, MME și MSC care suportă SMS prin SGs să suporte și CSFB.
Caracteristica CSFB la WCDMA/GSM poate fi activată numai în cazul în care funcția SMS prin SGs este activă.
Revenirea la E-UTRAN
Odată cu terminarea serviciului CS în domeniul CS, UE poate reveni la E-UTRAN prin intermediul mechanismelor existente: actualizarea ariei de urmărire, cerere de serviciu sau procedura de atașare, nefiind necesare mechanisme CSFB specifice.
În cursul eliberării unei conexiuni RR, MSC ar trebui să indice rețelei de acces GERAN/UTRAN că acestă conexiune RR, pentru apel, a fost stabilită ca urmare a procedurii CSFB. GERAN și UTRAN pot utiliza această indicație pentru a determina care dintre mechanismele existent ar trebui utilizat pentru ca UE să revină la E-UTRAN.
Daca în cursul serviciului CS, serviciul EPS a fost suspendat, acesta este reluat prin urmatoarea procedura:
UE trimite un mesaj cerere TAU la MME;
În cazul în care contextul UE din MME indică faptul că UE se află în stare suspendată, MME informează SGW și PGW să reactiveze purtătoarele EPS pentru UE
Mesajul NAS trimis în etapa1 este procesat în mod corespunzător.[21]
Continuitatea apelului vocal (Single Radio Voice Call Continuity – SRVCC)
Odată cu introducerea LTE, 3GPP strandardizează și procedura SRVCC, prin care se asigură continuitatea perfectă atunci când se realizaează transferul unui UE din aria de acoperire LTE (E-UTRAN) în aria de acoperire WCDMA/GSM (UTRAN/GERAN). Cu alte cuvinte, caracteristica SRVCC permite transferul UE de la rețeaua LTE la rețelele WCDMA sau GSM pentru apelurile vocale care sunt ancorate în IMS. Ceea ce înseamnă că un apel ancorat în nucleul IMS poate fi deservit în afara ariei de acoperire LTE de către retelele WCDMA și GSM cu ajutorul SRVCC.
Subsistemul multimedia IP (IMS)
Inițial, IMS a fost un sistem bazat în totalitate pe IP, conceput pentru a asista operatorii de telefonie mobila la furizarea unor servicii interactive și interoperabile de generație următoare, punând la dispoziție o arhitectură ce facilitează utilizarea protocolului internet. IMS a fost introdus în 3GPP Release 5 ca parte a evoluției rețelei centrale de la circuite comutate la pachete comutate și perfecționat în Release 6, respectiv Release 7. Mecanismul de semnalizare selectat pentru acest sistem este protocolul de inițiere a sesiunii (Session Initiation Protocol – SIP), permițiând asfel ca serviciile de voce, text și multimedia să poată traversa toate rețelele conectate.
IMS este o soluție de rețea de bază care permite servicii de comunicație în 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 înaltă definiție (HD), comunicații video, videoconferințe HD, apel Wi-Fi, mesaje bazate pe IP etc. [26]
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 în IMS.
În cazul SRVCC de la E-UTRAN la UTRAN/GERAN, MME primește mai întai cererea de transfer de la E-UTRAN, cu indicația că acesta este pentru manevrarea SRVCC, apoi declanșează procedura SRVCC cu serverul MSC, prin punctul de referință Sv. Daca este suportată procedura SRVCC cu prioritate, MME stabilește indicația de prioritate corespunzătoare, pentru serverul MSC. MME știe ce purtătoare EPS sunt utilizate pentru semnalizarea IMS pe baza configurației locale. Apoi, serverul MSC îmbunătățit pentru SRVCC inițiază procedura de transfer a sesiunii la IMS și o coordoneză cu procedura de transfer CS la celula țintă. În cazul în care este suportată funcția SRVCC cu prioritate, procedura de transfer a sesiunii IMS și cea de transfer CS sunt efectuate cu manevrare prioritară, pe baza idicatorului de prioritate recepționat de la MME. Următoarea etapă constă în trimiterea unui răspuns de transfer PS-CS (PS-CS handover Response) la MME, de către serverul MSC îmbunătățit pentru SRVCC, acest răspuns include informațiile necesare pentru comanda transferului CS pentru ca UE saăacceseze UTRAN/GERAN.
Manipularea oricărei purtătoare PS non-voce este realizată prin funcția de divizare a purătoarei PS în MME. În timpul procedurii SRVCC, pe baza informațiilor recepționate de la E-UTRAN, MME începe transferul purtătoarei PS non-voce, acesta realizându-se în conformitate cu procedurile de transfer inter-RAT.
Figura 4.6 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 să fie ancorată în IMS.
Serverul MSC este informat de UE despre MME/SGSN cu care UE a avut ultimul contact, prin intermediul unei semnături bazate pe identificatorul temporar al abonatului mobil (TMSI) sau prin ID-ul temporar unic global (GUTI).
În cadrul acestei proceduri SRVCC, serverul MSC primește cererea de transfer de la UTRAN/GERAN cu indicația că aceasta este pentru manevrarea procedurii SRVCC de la CS la PS, apoi este declanșată procedura SRVCC corespunzătoare prin punctul de referință Sv, dintre serverul MSC și MME/SGGSN ținta. MME declanșează transferul PS în rețeaua de acces țintă, E-UTRAN.
Contextul UE este preluat de la MME/SGSN țintă de la MME/SGSN sursă atunci când acesta dintâi nu are contextul UE.
În continuare, serverul MSC inițiază procedura de transfer a sesiunii la IMS și o coordoneaza cu procedura de transfer PS la celula țintă. Urmând ca MME să trimită răspunsul transferului CS-PS (CS-PS handover Response) la serverul MSC, acest răspuns include informațiile necesare pentru comanda transferului de la CS la PS, astfel încât UE să aibă acces la E-UTRAN.
2.3.6.4 Procedura de atașare la E-UTRAN pentru SRVCC
Pentru a beneficia de servicii care necesită înregistrare, un UE/utilizator trebuie să se înregistreze în rețea, iar acest proces este descris ca o atașare la rețea. Conectivitatea IP permanentă pentru UE/utilizatori ai EPS este activată prin stabilirea unei purtătoare EPS implicită în timpul atașării la rețea (Network Attachment). Procedura de atașare poate declanșa una sau mai multe proceduri de stabilire a purtătoarelor dedicate, în scopul stabilirii acestora pentru un anumit UE. De asemenea, în timpul acestei proceduri, UE poate solicita alocarea unei adrese IP. Identitatea echipamentului mobil este obținută de la UE în timpul procedurii de atașare inițială și verificată de MME cu ajutorul registrului de identitate a echipamentului (EIR). În situații de roaming, MME trebuie să transmită identitatea echipamentului mobil la HSS și PDN GW. În plus, dacă MME suportă SRVCC, HSS este informat de MME despre capacitatea SRVCC a UE.
Procedura de atașare inițială la E-UTRAN este utilizată pentru atașarea urgentă a echipamentelor de utilizator care trebuie să efectueze servicii urgente, dar nu pot obține servicii normale de la rețea. Aceste UEs sunt în starea (modul) servicii limitate. UEs care au fost atașate pentru servicii normale și nu au stabilite purtătoare de servicii urgente și se află într-o celulă cu servicii limitate, trebuie să inițieze procedura de atașare și să indice că acesta este necesară pentru a beneficia de servicii de urgență. [25]
Procedura de atașare la E-UTRAN a UE SRVCC se efectuatează așa cum s-a definit mai sus, la care se adugă următoarele completări:
UE SRVCC include în mesajul “Cerere de atașare” și în actualizarile ariei de urmărire indicatorul capabilității SRVCC. Dacă se modifică configurarea seriviciului în UE, atunci UE poate modifica indicatorul capabilității SRVCC în mesajul de actualizare a ariei de urmărire.
MME inlcude un indicator “ Operațiune SRVCC posibilă” , ccea ce înseamnă că atât UE, cât și MME sunt capabile SRVCC.
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: Mobilitatea Lte (ID: 162823)
Dacă considerați că acest conținut vă încalcă drepturile de autor, vă rugăm să depuneți o cerere pe pagina noastră Copyright Takedown.