2. Распределение ключей.

Все ключи EPS имеют длину 256 бит, но ключи шифрования и проверки целостности для AS и NAS используют только 128 наименее значимых бит от полученных ключей.

Процедура распределения ключей.

Сервер HSS запрашивает центр аутентификации сгенерировать вектор аутентификации AV, если нет доступных векторов в базе данных сервера HSS.

HSS посылает в MME ответ, который содержит новый аутентификации AV, содержащий базовый ключ KASME, который делится между системой радиодоступа и системой сигнализации.

KASME никогда не передается за пределы EPC. Ключ eNB передается из EPС в eNB, когда мобильный терминал переходит в состояние ECM-CONNECTED.

Управляет ключами шифрования на уровне базовых станций протокол RRC.

Упрощенная схема распределения ключей показана на рис. 6.3:

Рисунок 6.3 – Упрощенная схема распределения ключей

Ключи шифрования для защиты данных, передаваемых в сообщениях сигнализации, для уровня базовых станции eNB и для сети EPC отделены друг от друга, что делает невозможным вычислить ключ ЕРС, зная ключ eNB.

Ключи, хранящиеся внутри eNB, никогда не покидают защищённую среду eNB (кроме случаев, когда это осуществляется в соответствии с той или иной спецификаций 3GPP) и шифрование/расшифрованные пользовательских данных происходит только внутри базовых станций eNB. Ключевой материал для получения ключей eNB пересылается между eNB посредством ECM-CONNECTED внутренней мобильности сети E-UTRAN.

7. Обзор и выбор оборудования для построения и эксплуатации сетей lte

Архитектура сети LTE включает сеть радиодоступа E-UTRAN и ядро сети EPC (Evolved Packet Core).

В основе сети радиодоступа лежат мультистандартные базовые станции eNodeB, которые представляют собой конвергентные радио- и цифровые модули. Базовые станции выполняются в компактном либо распределенном виде.

Базовые станции eNodeB состоят из радиомодуля и управляющего модуля.

Радиомодуль – это софтверное радио, то есть устройство, которое способно работать одновременно с несколькими технологиями передачи данных по радиоинтерфейсу. Для компактных базовых станций радиомодуль представляет собой стандартный трансивер TRDU, а для распределенных базовых станций – модуль RRH.

Управляющий модуль BBU терминирует трафик от контроллера и управляет радиомодулями.

В состав ядра сети EPC входит узел управления мобильностью абонентского терминала – Mobility Management Entity (ММЕ), обслуживающий шлюз – Serving Gateway (S-GW) и шлюз взаимодействия с пакетными сетями – Public Data Network SAE Gateway (P-GW).

Ниже рассмотрено представленное в данный момент на рынке оборудование.

1. Обзор оборудования для построения сети lte

1. Huawei Technologies

Базовые станции представлены компактными базовыми станциями BTS3900 Indoor и BTS3900A Outdoor, а также распределенной базовой станцией DBS3900.

BTS3900 представляет собой компактную базовую станцию комнатного исполнения. Включает в себя блок базовых частот BBU3900 и сдвоенные радиоблоки DRFU, обеспечивающие конфигурацию S 12/12/12. Это одна из наиболее компактных макро базовых станций (600 мм x 450 мм) в промышленности, что позволяет удовлетворить требования оператора к пространству в части приобретения сайтов и строительства автозалов.

Стативы BTS3900 подразделяются на стативы BTS3900 (–48 V DC), BTS3900 (+24 V DC) и BTS3900 (220 V AC). Все три типа стативов поддерживают стековую установку. Один блок DRFU состоит из двух приемопередатчиков. Передающая мощность в верхней части статива на один приемопередатчик составляет до 45 ВТ (GSM900), в режиме усиления - до 71 Вт (GSM900). Станции BTS3900 могут использовать один и тот же статив и BBU применительно к различным сетям (GSM, WCDMA, CDMA и WiMAX).

Макро BTS3900А является аналогом уличного исполнения для станции Макро BTS3900, имеет общую с ней платформу и сходные характеристики.

DBS3900 (распределенная базовая станция) – состоит из управляющего модуля – блока обработки базовых частот (BBU) и радиомодулей (RRU) (рис. 7.1).

Рисунок 7.1 – Структура DBS3900

Блок BBU3900 – это низкочастотная часть распределенной базовой станции Huawei, предназначен для обработки базовых частот и устанавливается внутри помещений. Он обеспечивает централизованное управление эксплуатацией и обслуживанием, а также обработку сигнализации всей системы базовой станции и обеспечивает опорный сигнал синхронизации. Также блок имеет физические интерфейсы для соединения с радиомодулями RRU3004 или RRU3606.

Радиочастотный блок RRU3004, поддерживает работу двух/четырёх радиопередатчиков. RRU3004 можно установить на стальной мачте, стене или бетонном основании, блок устанавливается вблизи антенн. Это позволяет избежать затрат на приобретение и монтаж кабелей и фидеров.

Между блоками RRU3004 и BBU3900 используется интерфейс CPRI, который обеспечивает соединение двух модулей с использованием оптических кабелей. Это позволяет существенно сократить затраты по созданию автозала, установке оборудования и эксплуатации.

Основные характеристики:

• RRU3004 поддерживает каскадное соединение трёх модулей RRU. Один модуль RRU устанавливается на расстоянии до 40 км от BBU;

• максимальная выходная мощность RRU3004 достигает 40 Вт (900M) или 30 Вт (1800M);

• максимальная конфигурация до 12 сот и поддержка многополосной сети;

• BBU3900 поддерживает 72 приёмопередатчика;

• GSM и UMTS могут использовать BBU3900;

• RRU3004 работает в диапазонах 1800 МГц и 900 МГц, для работы в диапазоне 2,6 ГГц подходит RRU3201.

В качестве ядра сети Huawei Technologies предоставляет решение, состоящее из USN (Unified Serving Node) для MME и UGW (Unified Packet Gateway) для S-GW и P-GW.

2. Alcatel-Lucent

Компания Alcatel-Lucent (Франция) представляет комплексное решение для построения сети LTE. Сеть содержит пакетную магистраль (EPC), мобильное транспортное решение all-IP (META – Mobile Evolution Transport Architecture) и систему радиодоступа LTE.

Наиболее распространенным продуктом Alcatel-Lucent является Alcatel-Lucent LTE 700 МГц – компактная базовая станция типа Macro (рис. 7.2).

Вертикально установлен baseband-unit – низкочастотная часть базовой станции, своего рода компьютер, управляющий радиопередатчиками. Справа от него – три модуля Alcatel-Lucent RDU 700 МГц – это и есть радиомодули, образующие трехсекторную конфигурацию eNodeB LTE.

Рисунок 7.2 – БС Alcatel-Lucent LTE 700 (слева) и её антенна (справа)

Кроссполяризованные антенны RFS подключены к базовым станциям в трехсекторной конфигурации, с поддержкой MIMO 2x2 (рис. 7.3). Большая кросс-поляризованная антенна RFS для диапазона 700 МГц, обеспечивает один из трех секторов LTE 700 МГц.

Рисунок 7.3 – Антенна для LTE 700 МГц

Также часто используются распределенные базовые станции от компании Alcatel-Lucent (рис 7.4). Распределенная базовая станция eNodeB Alcatel-Lucent обеспечивает плавную миграцию от 3G к LTE. Состоит из управляющего модуля ВВU и выносного радиомодуля RRH.

Рисунок 7.4 – Модуль управления (BBU) распределенной eNodeB (слева) и радиоголовка (RRH) (справа)

Управляющий модуль распределенной базовой станции eNodeB компании Alcatel-Lucent предусматривает его установку в стойку 19". Модуль управления (BBU) расположен в верхней части стойки. Нижняя часть шкафчика вся занята программным эмулятором на платформе ATCA подсистем ядра сети LTE.

Число пользователей: 200 активных пользователей на модем (600 пользователей на d2U); 600 пользователей подключенных по RRC (1800 пользователей с подключением по RRC на eNodeB).

Пропускная способность: пиковая L1 – 172.8 Мбит/с (скорость скачивания на сектор, при использовании полосы 20 МГц и конфигурации антенн 2х2 MIMO); пиковая L1 – 115 Мбит/с (скорость закачки на сектор, 20 МГц и 2x2 MIMO).

Решение для системы ЕРС от компании Alcatel-Lucent содержит узел управления мобильностью ММЕ, пакетный P-GW и сервисный S-GW шлюзы, а также сервер политик и начисления PCRF.

Пакетный и сервисный шлюзы P-GW и S-GW объединены в единый шлюз EPC Gateways. Шлюз EPC Gateways выполнен на основе роутера Alcatel-Lucent 7750 SR и MG-ISM.

3. Ericsson

Базовые станции eNodeB представлены семейством продуктов Ericsson RBS 6000. Это компактные мультистандартные базовые станции, которые могут быть использованы для сооружения сетей связи GSM, WCDMA и LTE ля диапазонов частот 700 и 2600 МГц (рис. 7.5).

В семейство входят компактная макро базовая станция для наружного применения RBS 6101, а также две полноразмерные макро базовые станции – RBS 6102 и 6201.

RBS 6201 представляет собой компактную базовую станцию типа Macro и предназначена для комнатного исполнения.

Также существует компактная выносная база RBS 6601 и микро базовая станция RBS 6301.

Рисунок 7.5 – Семейство базовых станций Ericsson RBS 6000

Распределённая базовая станция RBS 6601 состоит из управляющего модуля и выносного радиомодуля (рис. 7.6). К каждому управляющему модулю подсоединяется до трех выносных радиомодулей.

Рисунок 7.6 – Управляющий блок (MU) и удалённый радио блок (RRU) RBS 6601

Решение Ericsson EPC – это комплексное решение, включающее поддержку QoS и поддержку голоса LTE. Включает в себя узел SGSN-MME и шлюз Converged Packet Gateway (CPG), а также платформу HSS и SAPC.

CPG объединяет шлюзы S-GW и P-GW в одно устройство на базе платформы Redback (рис. 7.7). Он построен на базе широко известной платформы SmartEdge. Позволяет предоставлять услуги широкополосного доступа высочайшего качества как для фиксированного, так и для мобильного трафика в опорной сети.

Рисунок 7.7 – CPG (слева), SGSN-MME (по центру) и HSS-SAPC (справа)

Платформа SGSN-MME представляет собой объединение SGSN и Mobility Management Entity (MME) в одном элементе (рис. 7.7).

В результате значительно упрощается интеграция в существующие сети, появляется возможность нового использования ранее установленного оборудования.

Элементы HSS и SAPC объединены в одно устройство (рис. 7.7).

HSS – сервер абонентских данных, SAPC вступает аналогом PCRF – узла выставления счетов. Также HSS отвечает за аутентификацию и авторизацию U-SIM.

4. Motorola

Линейка продуктов Motorola включает решения, как для системы радиодоступа, так и для сети ЕРС.

Базовые станции серии WBR500 (Wireless Broadband Radio) поддерживают FDD и TDD в диапазоне частот: 700, 800, 900, 1800, 2100 2300 и 2600 МГц (рис. 7.8).

Рисунок 7.8 – Базовые станции eNodeB WBR 500 (слева) и WBR 500r (справа)

Базовая станция eNodeB WBR 500r, 700 МГц компактного типа (рис. 7.8) обеспечивает исключительную зону покрытия, производительность, гибкость развертывания и значительное снижение стоимости эксплуатации.

Кроме того, Motorola представляет высокопроизводительное решение LTE – оборудование eNodeB серии WBR 700. В оборудование уже заложена поддержка LTE-Advanced и протокола 3GPP версий 9 и 10 на основе текущих спецификаций.

Серия WBR 700 поддерживает FDD и TD-LTE-решения, работающие на частотах от 700 МГц до 2,6 ГГц. При этом основная полоса пропускания до четырех раз шире, по сравнению со средними показателями существующих на сегодняшний день сетей LTE. Это позволяет значительно увеличить качество широкополосной связи путем развертывания более емких систем с многоэлементными антеннами. Например, первые тесты на производительность WBR700 в конфигурации 4TxX8Rx TD-LTE показали 200-процентный прирост пропускной способности, по сравнению со средними показателями оборудования eNodeB в конфигурации 2TxX2Rx LTE.

Данное оборудование представляет собой распределенную базовую станцию, состоящую из контроллера (рис. 7.9) и радиомодуля.

Рисунок 7.9 – WBR 700 Series LTE BCU3 и 4Tx/8Rx eNodeB

Радиомодули:

• Motorola’s Wireless Broadband Radio (WBR) 700 Series LTE 4Tx/8Rx eNodeB;

• Motorola’s Wireless Broadband Radio (WBR) 700 Series LTE eNodeB 2.6GHz FDD Remote RF.

BCU может монтироваться, как в стойке RRU, так и в нижней части мачты.

Motorola также предлагает EPC решение – Wireless Broadband Core (WBC) 700. WBC 700 состоит из узла управления мобильностью ММЕ, пакетного P-GW и сервисного S-GW шлюзов, а также сервера политик и начисления PCRF.

Платформа WBC 700 MME (рис. 7.10) обеспечивает сетевую производительность и сокращение издержек; вычислительную мощность; защиту информации; использование подробного журнала текущей сессии. Упрощено соединение с eNodeB: между ММЕ и eNodeB требуется только одно соединение.

Рисунок 7.10 – Motorola’s LTE WBC 700 MME (слева) и P-GW (S-GW) (справа)

WBC 700 P-GW – это пакетный шлюз, который обеспечивает соединение абонентских устройств с внешними пакетными сетями данных (рис. 7.10). P-GW выполняет функции защиты, фильтрации пакетов для каждого пользователя, узаконенного перехвата и сортирование пакетов, является узлом управления мобильностью между 3GPP и не-3GPP технологиями.

WBC 700 S-GW предназначен для обработки и маршрутизации пакетных данных поступающих из или в подсистему базовых станций. S-GW маршрутизирует и направляет пакеты с пользовательскими данными, выполняет роль узла управления мобильностью для пользовательских данных при хэндовере между базовыми станциями, а также роль узла управления мобильностью между сетью LTE и сетями с другими технологиями 3GPP.

5. Nokia Siemens Networks

Компания Nokia Siemens Networks также имеет комплексное решение для построения сети LTE.

Базовые станции eNodeB представлены продукцией Flexi Multiradio (рис. 7.11). Базовая станция Flexi используется в сетях 3G и LTE.

Рисунок 7.11 – Базовая станция Flexi Multiradio (слева) и радиомодуль NSN Flexi (справа)

Модуль NSN Flexi – это наружная установка на антенной мачте (рис. 7.11).

Частотные диапазоны: спаренные и неспаренные полосы частот в диапазонах 700, 800, 850, 900, 1800, 1900, 1700/2100, 2100, 2300 и 2600 МГц.

Максимальная емкость: до 6+6+6 GSM, или до 4+4+4 WCDMA, или 1+1+1 LTE с полосой 20 МГц и гибкой комбинации всех перечисленных технологий в конкурентном режиме. Для наращивания емкости на одном сайте можно монтировать несколько стандартных модулей.

Решение для системы ЕРС от NSN также состоит из основных элементов: узла управления мобильностью ММЕ, пакетного P-GW и сервисного S-GW шлюзов. Шлюзы P-GW и S-GW объединены в единое решение Nokia Siemens Networks Flexi Network Gateway (Flexi NG). Flexi NG выполняется функции каждого из шлюзов.

6. ZTE Corporation

ZTE производит оборудование радиоподсистемы для работы в различных диапазонах частот, в частности, в 700 МГц, 900 МГц, 1800 МГц, AWS, 2.1 ГГц, 2.6 ГГц и различной мощности, например, 40 Вт и 80 Вт.

ZTE первой запустила выпуск многорежимных платформ, способных одновременно поддерживать работу сетей GSM, CDMA, UMTS, LТE.

Технологии ZTE поддерживает распределенную структуру: базовая станция состоит из управляющего модуля (BBU) и радиомодуля (RRU).

В качестве управляющих модулей выступают B8200 и B8300.

Радиомодули представлены следующими продуктами:

ZTE ZX SDR R8880 (рис. 7.12):

• первый в мире двухрежимный выносной радиомодуль RRU (Remote Radio Unit). В момент анонса RRU умел работать в частотных диапазонах 700 МГц и AWS;

• R8880 поддерживает одновременную работу CDMA2000 1x, EV-DO, LTE;

• может работать с B8200.

ZTE ZX SDR R8890:

• работает на частоте 2.1 ГГц;

• поддерживает трехсекторную конфигурацию на одном модуле;

• может использоваться совместно с B8200.

ZTE ZX SDR R8962

• работает в диапазонах 2.3 ГГц и 2.6 ГГц, может быть использована для установки вне помещений и в помещениях. Совместима с В8300.

Рисунок 7.12 – Радиомодуль ZTE ZX SDR R8880

В качестве EPC решения ZTE предлагает LTE Core EPC, которое состоит из узла управления мобильностью (MME) под названием ZXUN uMAC и шлюза S-GW, который в ZTE выпускается под маркой ZTE ZXUN xGW.