3. Процедуры в сетях lte

3.1. Протоколы и процедуры

При изучении процедур, выполняемых в сети при обслуживании абонентских терминалов, целесообразно связать их с определёнными протокольными уровнями стеков протоколов сигнализации. Сигнальные протоколы взаимодействия UE с сетью LTE распределены в трех протокольных уровнях:

RRC (Radio resource Control) – управление радиоресурсом,

MM (Mobility Management) – управление мобильностью,

SM (Session management) – управление сеансом связи (рис. 3.1).

SM

MM

RRC

Рис.3.1. Стек сигнальных протоколов

UE и eNB обмениваются между собой сигнальными сообщениями уровня RRC. Эти команды специфицированы в [11]. Типичные примеры процедур протокола RRC – установление активного соединения между UE и eNB RRC Connection Establishment (см. далее 3.5), внутрисетевые хэндоверы.

Сигнальные сообщения более высоких уровней ММ и SM имеют конечными точками UE и ММЕ. Во многих случаях эти команды eNB пропускает прозрачно, не изменяя их содержания. Протоколами такие команды относят к сообщениям NAS (Non Access Stratum). На уровне RRC команды NAS передают в виде сигнальных сообщений DLInformation Transfer и ULInformation Transfer [11]

Протокол уровня ММ обеспечивает глобальную мобильность абонентов, то-есть возможность получить обслуживание в любой точке земного шара, где развернута сеть GSM/UMTS/LTE. Этот протокол обеспечивает регистрацию абонента в ММЕ, отслеживает его перемещения и поддерживает все процедуры безопасности. Протоколы уровня SМ используют при организации услуг: создании сквозных каналов между PDN GW и UE с необходимыми качественными показателями. Команды уровня SМ также относятся к классу команд NAS.

В процессе активизации мобильного терминала и при организации услуг в сети E-UTRA создают сквозные каналы (bearer). Каждый сквозной канал можно представить в виде непрерывной трубки, связывающей UE с внешними устройствами (серверами) сети Интернет (рис. 3.2). Сквозной канал состоит из отдельных частей: EPS (Evolved Packet System) сквозного канала и его внешней части. Оператор полностью отвечает за организацию EPS сквозного канала. Параметры сквозного канала устанавливает PDN GW совместно с PCRF. Сквозной канал на радиоинтерфейсе (Radio Bearer) организует eNB, на интерфейсах S1 и S5/S8 в создании сквозного канала участвуют MME и шлюзы.

Рис. 3.2. Архитектура сквозного канала

Качественные характеристики сквозных каналов QoS (Quality of Service) определяются требованиями к передаваемым в них потокам пакетов трафика (сервисов). Услуги, предоставляемые сетями LTE, разбиты на 9 классов. Класс услуги определяет идентификатор класса качества QCI (QoS Class Identifier). Организуемые для передачи трафика сквозные каналы поделены на 2 группы в зависимости от типа выделяемого ресурса:

- с гарантированной скоростью передачи GBR (Guaranteed Bit Rate),

- с негарантированной скоростью передачи Non-GBR.

На основе разработанной классификации в [19] приведена таблица требований к качественным показателям передач для трафика разных классов (табл.3.1) [1, гл.7]. Для каждого класса трафика специфицированы 3 параметра: приоритет в доставке пакетов, максимальная задержка в сквозном канале на участке UE ‒ PDN GW и допустимая относительная величина непринятых пакетов PERL (Packet Error Loss Rate).

Для реализации требований табл.3.1 специфицированы следующие QoS сквозных каналов :

- класс услуг (QCI),

- гарантированная скорость передачи данных в канале (GBR),

- максимальная скорость передачи данных в канале (MBR – Maximum Bit Rate),

- TFT (Traffic Flow Template). TFT определяет структуру пакетных фильтров сквозного канала. Это могут быть фильтры, связанные с протоколом доставки информации, например, HTTP или FTP;

- приоритет в назначении и сохранении канала (ARP – Allocation and Retention Priority). Этот параметр устанавливает приоритет в организации каналов и изменении скоростей передачи в условиях ограничения канального ресурса. В первую очередь это относится к сквозным каналам с гарантированной скоростью. При резкой нехватке канального ресурса (например, при хэндовере) возможен обрыв передачи по каналу с низким ARP;

- суммарная максимальная скорость передачи для UE по каналам с негарантированной скоростью через точку доступа (APN-AMBR – per APN Aggregate Maximum Bit Rate). Этот параметр записан в HSS, его контролирует PDN GW при передаче вниз и UE при передаче вверх. На передачу по каналам с гарантированной скоростью APN-AMBR не влияет.

Таблица 3.1

QCI	Тип ресурса	Приоритет	Задержка (мс)	PERL	Примеры услуг
1		2	100	10^-2	Телефония в реальном времени
2	GBR	4	150	10^-3	Видеотелефония, видео в реальном времени
3		3	50	10^-3	Игры в реальном времени
4		5	300	10^-6	Видео с буферизацией
5		1	100	10^-6	Сигнализация (IMS)
6		6	300	10^-6	Видео с буферизацией, TCP/IP услуги для приоритетных пользователей
7	Non-GBR	7	100	10^-3	Аудио, видео в реальном времени, интерактивные игры
8		8	300	10^-6	Видео с буферизацией, TCP/IPуслуги
9		9

Пример организации двух сквозных каналов (bearer) с разными параметрами приведен на рис. 3.3 [20].

Рис.3.3. Структура двух сквозных каналов

Несколько различных потоков трафика одного класса (с одинаковым TFT) могут быть переданы (агрегированы) в одном канале. На рис. 3.3 каналы на интерфейсах S1 и S5/S8 обозначены идентификаторами TEID туннелей. На радиоинтерфейсе (Radio Bearer) каналу присваивают RB-ID.

На радиоинтерфейсе, кроме процедур протоколов RRC, MM и CM, выполняются также процедуры более низких протокольных уровней L1 и L2 (рис. 3.4) [1, гл.4]. Выполнение этих процедур ограничивается обменом командами между UE и eNB.

Рис.3.4. Структура радио протоколов LTE

Существуют процедуры физического уровня, связанные с производимыми UE и eNB измерениями, а также процедуры уровня МАС (Medium Access Control). В частности, процедуры уровня МАС обеспечивают доступ UE к сети и организацию прерывистого приема.