Презентация "Мобильные 4G сети"


Подписи к слайдам:
Презентация PowerPoint

Мобильные 4G сети

Титков Е.В. Григорова А.С.

Введение

Одной из технологий, призванных для решения насущных задач современных телекоммуникаций, является технология Long Term Evolution, или, сокращённо, LTE-технология. Соответственно этому, сети мобильной связи, реализованные на основе такой технологии, называют LTE-сети. К маю 2011 года(май 2011 г.) в мире насчитывалось около 20 функционирующих в коммерческом режиме сетей LTE, при этом ещё около 50 сетей либо уже эксплуатировались в тестовом режиме, либо готовились к запуску.

Одной из технологий, призванных для решения насущных задач современных телекоммуникаций, является технология Long Term Evolution, или, сокращённо, LTE-технология. Соответственно этому, сети мобильной связи, реализованные на основе такой технологии, называют LTE-сети. К маю 2011 года(май 2011 г.) в мире насчитывалось около 20 функционирующих в коммерческом режиме сетей LTE, при этом ещё около 50 сетей либо уже эксплуатировались в тестовом режиме, либо готовились к запуску.

Целью предлагаемого учебного пособия является знакомство с основными особенностями технологии LTE.

Целью предлагаемого учебного пособия является знакомство с основными особенностями технологии LTE.

Основная часть пособия состоит из двух глав.

Первая глава является обзорной, в ней рассматриваются особенности архитектуры сетей LTE, функции, возлагаемые на основные сетевые блоки, взаимоувязанная структура физических, транспортных и логических каналов, организация пользовательских услуг.

Вторая глава посвящена достаточно подробному рассмотрению физического уровня сетей LTE.

1. Принципы построения и функционирования сетей LTE

При разработке архитектуры сети LTE были приняты во внимание следующие общие принципы:

При разработке архитектуры сети LTE были приняты во внимание следующие общие принципы:

  • Логически разделены транспортные (под)сети передачи пользовательских данных и служебной информации.
  • Сеть радиодоступа и базовая пакетная сеть полностью освобождены от транспортных функций.
  • Управление мобильностью абонентов и/или пользовательских терминалов полностью возложено на сеть радиодоступа.

Функциональное разделение интерфейсов сети радиодоступа должно иметь несколько возможных опций.

  • Функциональное разделение интерфейсов сети радиодоступа должно иметь несколько возможных опций.
  • Интерфейсы должны базироваться на логической модели блока, управляемого данным интерфейсом.
  • Один физический элемент сети может реализационно содержать в себе несколько логических блоков.

1.1. Архитектура сети LTE

Архитектура сети LTE разработана таким образом, чтобы обеспечить поддержку пакетного трафика с так называемой “гладкой” (“бесшовной”, seamless) мобильностью, минимальными задержками доставки пакетов и высокими показателями качества обслуживания.

Архитектура сети LTE разработана таким образом, чтобы обеспечить поддержку пакетного трафика с так называемой “гладкой” (“бесшовной”, seamless) мобильностью, минимальными задержками доставки пакетов и высокими показателями качества обслуживания.

Пакетная передача позволяет обеспечить все услуги, включая передачу пользовательского голосового трафика. В отличие от большинства сетей предыдущих поколений архитектуру сетей LTE можно назвать “плоской”, поскольку практически всё сетевое взаимодействие происходит между двумя узлами: базовой станцией (БС), которая в технических спецификациях называется B-узлом (Node-B, eNB) и блоком управления мобильностью БУМ (MME, Mo- bility Management Entity), реализационно, как правило, включающим и сетевой шлюз Ш (GW, Gateway), т. е. имеют место комбинированные блоки MME/GW.

Пакетная передача позволяет обеспечить все услуги, включая передачу пользовательского голосового трафика. В отличие от большинства сетей предыдущих поколений архитектуру сетей LTE можно назвать “плоской”, поскольку практически всё сетевое взаимодействие происходит между двумя узлами: базовой станцией (БС), которая в технических спецификациях называется B-узлом (Node-B, eNB) и блоком управления мобильностью БУМ (MME, Mo- bility Management Entity), реализационно, как правило, включающим и сетевой шлюз Ш (GW, Gateway), т. е. имеют место комбинированные блоки MME/GW.

БУМ работает только со служебной информацией — так называемой сетевой сигнализацией, так что IP-пакеты, содержащие пользовательскую информацию, через него не проходят. Преимущество наличия такого отдельного блока сигнализации в том, что пропускную способность сети можно независимо наращивать как для пользовательского трафика, так и для служебной информации.

БУМ работает только со служебной информацией — так называемой сетевой сигнализацией, так что IP-пакеты, содержащие пользовательскую информацию, через него не проходят. Преимущество наличия такого отдельного блока сигнализации в том, что пропускную способность сети можно независимо наращивать как для пользовательского трафика, так и для служебной информации.

Главной функцией БУМ является управление пользовательскими терминалами (ПТ), находящимися в режиме ожидания.

Среди всех сетевых шлюзов отдельно выделены два: обслуживающий шлюз ОШ (S-GW, Serving Gateway) и шлюз пакетной сети (P-GW, Packet Data Network Gateway), или, короче, пакетный шлюз (ПШ).

Среди всех сетевых шлюзов отдельно выделены два: обслуживающий шлюз ОШ (S-GW, Serving Gateway) и шлюз пакетной сети (P-GW, Packet Data Network Gateway), или, короче, пакетный шлюз (ПШ).

ОШ функционирует как блок управления локальной мобильностью, принимая и пересылая пакеты данных, относящиеся к БС и обслуживаемым им ПТ.

ПШ является интерфейсом между набором БС и различными внешними сетями, а также выполняет некоторые функции IP-сетей.

Пользовательское оборудование — это совокупность ПТ с различными уровнями функциональных возможностей, используемых сетевыми абонентами для доступа к LTE-услугам. При этом в качестве пользовательского терминала может фигурировать как реальный (“живой”) абонент, пользующийся, к примеру, услугами голосового трафика, так и обезличенное устройство, предназначенное для передачи / приёма определённых сетевых или пользовательских приложе- ний.

Пользовательское оборудование — это совокупность ПТ с различными уровнями функциональных возможностей, используемых сетевыми абонентами для доступа к LTE-услугам. При этом в качестве пользовательского терминала может фигурировать как реальный (“живой”) абонент, пользующийся, к примеру, услугами голосового трафика, так и обезличенное устройство, предназначенное для передачи / приёма определённых сетевых или пользовательских приложе- ний.

На рис. 1.1 показана обобщённая структура сети LTE, из которой видно наличие двух слоёв функциональных связей: слоя радиодоступа (AS, Access Stratum) и внешность слоя радиодоступа (NAS, Non- Access Stratum). Показанные на рис. 1.1 овалы со стрелками обозначают точки доступа к услугам.

Назначение функциональных блоков сети радиодоступа:

  • Управление радиоресурсами: распределение радиоканалов, динамическое распределение ресурсов в восходящих и нисходящих направлениях — так называемое диспетчеризация ресурсов (scheduling) и др.
  • Сжатие заголовков IP-пакетов, шифрование потока пользовательских данных.
  • Выбор блока управления мобильностью при включении в сеть пользовательского терминала при отсутствии у того информации о прошлом подключении.

Маршрутизация в пользовательской плоскости пакетов данных по направлению к обслуживающему шлюзу.

  • Маршрутизация в пользовательской плоскости пакетов данных по направлению к обслуживающему шлюзу.
  • Диспетчеризация и передача вызывной и вещательной информации, полученной от БУМ.
  • Диспетчеризация и передача сообщений PWS (Public Warning System, система тревожного оповещения), полученных от БУМ.
  • Измерение и составление соответствующих отчётов для управления мобильностью и диспетчеризации.

Блок управления мобильностью обеспечивает выполнение следующих функций:

  • Передача защищённой информации о точках доступа к услугам и защищённое управление точками доступа.
  • Передача информации в базовую сеть для управления мобильностью между различными сетями радиодоступа.
  • Управление БС, находящимися в состоянии ожидания, включая перенаправление вызовов.
  • Управление списком зон отслеживания ПТ.

Выбор обслуживающего шлюза и шлюза пакетной сети для сетей радиодоступа различных стандартов.

  • Выбор обслуживающего шлюза и шлюза пакетной сети для сетей радиодоступа различных стандартов.
  • Выбор нового блока управления мобильностью при выполнении хэндовера.
  • Роуминг.
  • Аутентификация.
  • Управление радиоканалом, включая установку выделенного ка- нала.
  • Поддержка передачи сообщений PWS.

Обслуживающий узел отвечает за выполнение следующих функций:

  • Выбор точки привязки (“якоря”) локального местоположения (Local Mobility Anchor) при хэндовере.
    • Буферизация пакетов данных в нисходящем направлении, предназначенных для ПТ, находящихся в режиме ожидания, и инициализация процедуры запроса услуги.

Маршрутизация и перенаправление пакетов данных.

    • Маршрутизация и перенаправление пакетов данных.
    • Маркировка пакетов транспортного уровня.
    • Формирование учётных записей пользователей и идентификатора класса качества обслуживания для тарификации.
    • Тарификация абонентов.
    • Санкционированный перехват пользовательской информации.

Шлюз пакетной сети обеспечивает выполнение сле- дующих функций:

    • Фильтрация пользовательских пакетов.
    • Санкционированный перехват пользовательской информации.
    • Распределение IP-адресов для ПТ.
    • Маркировка пакетов транспортного уровня в нисходящем на- правлении.
    • Тарификация услуг, их селекция.

1.2. Стеки протоколов, каналы и услуги, реализованные на различных уровнях

На рис. 1.3 показан относящийся к различным плоскостям стек протоколов, разделённый на следующие уровни (подуровни):

На рис. 1.3 показан относящийся к различным плоскостям стек протоколов, разделённый на следующие уровни (подуровни):

    • физический (PHY) уровень;
    • (под)уровень управления доступом к среде MAC (Medium Access Control);
    • (под)уровень управления радиоканалом RLC (Radio Link Control);
    • (под)уровень протокола конвергенции (слияния) пакетных данных PDCP (Packet Data Convergence Protocol)1.
    • (под)уровень управления радиоресурсами RRC (Radio Resource Control);
    • подуровень протокола, функционирующего вне слоя доступа (NAS-протокол).

На нижнем, физическом уровне, называемом также Уровнем 1 (L1, Layer 1) реализованы услуги по передачи данных на более высокие уровни. Выполнение таких услуг связано с обеспечением сле- дующих функций:

    • Обнаружение ошибок в транспортном канале и индикация об этом на более высокие уровни.
  • Помехоустойчивое кодирование и декодирование данных в транспортном канале.
  • Гибридные запросы на повторную пересылку пакетов данных.

Энергетическое выравнивание физических каналов с помощью весовых множителей.

    • Энергетическое выравнивание физических каналов с помощью весовых множителей.
    • Модуляция / демодуляция физических каналов.
    • Частотная и временная синхронизация.
    • Измерение радиочастотных характеристик и индикация об этом на более высокие уровни.
    • Разнесённая передача и параллельная антенная обработка (методы MIMO, Multiple Input Multiple Output).
    • Формирование диаграммы направленности.
    • Радиочастотная обработка сигналов.

На рис. 1.4 показана структура канального уровня, называемого также Уровнем 2 (L2, Layer 2) в нисходящем и восходящем направлениях

  На MAC-подуровне обеспечивается вы- полнение следующих основных функций:

    • Мультиплексирование пакетов услуг (SDU, Service Data Unit), относящихся к одному или нескольким логическим каналам, в транспортные блоки транспортных каналов и выполнение обратных функ- ций.
    • Диспетчеризация составления отчётов.
    • .

Управление приоритетом между логическими каналами.

    • Управление приоритетом между логическими каналами.
    • Идентификация услуг мультимедийного вещания (MBMS, Mul- timedia Broadcast Multicast Service).
    • Выбор транспортного формата.
    • Выравнивание содержимого пакетов данных.
    • Исправление ошибок через запросы на повторную передачу

На RLC-подуровень возложены следующие функции:

    • Передача пакетов данных на более высокий уровень.
    • Исправление ошибок через запросы на повторную передачу (только в режиме с подтверждением).
    • Конкатенация (сцепление), сегментация и повторная сборка пакетов услуг.
    • Повторная сегментация пакетов данных (только в режиме с подтверждением).
    • Изменение порядка следования пакетов данных.
    • Функционирование протокола обнаружения ошибок (только в режиме с подтверждением).
    • Отбрасывание искаженных пакетов услуг.
  • Повторная установка соединения на уровне RLC.

Рассмотрим стеки протоколов, функционирующих в различных сетевых интерфейсах

На уровне приложений используются протоколы S1-AP и X2-AP

1.3. Управление мобильностью пользовательских терминалов

В сетях LTE для каждого ПТ определены два состояния по отношению к RRC-подуровню: соединение (RRC CONNECTED) и ожидание (RRC IDLE).

В сетях LTE для каждого ПТ определены два состояния по отношению к RRC-подуровню: соединение (RRC CONNECTED) и ожидание (RRC IDLE).

Функционируя, ПТ переходит (рис. 1.10) из состоя- ния RRC-ожидания в состояние RRC-соединения, когда соединение успешно установлено; далее, ПТ может обратно вернуться в состояние RRC-ожидания, разорвав соединение на RRC-подуровне.

Глобальная идентификация сот сетей LTE осуществляется по- средством сотового глобального идентификатора ECGI ( E-UTRAN Cell Global Identifier), формируемого добавлением к сетевому идентификатору локального (т. е. используемого в пределах одной сети) идентификатора соты CI (Cell Identity). Аналогичным образом осуществляется глобальная идентификация базовых станций.

Глобальная идентификация сот сетей LTE осуществляется по- средством сотового глобального идентификатора ECGI ( E-UTRAN Cell Global Identifier), формируемого добавлением к сетевому идентификатору локального (т. е. используемого в пределах одной сети) идентификатора соты CI (Cell Identity). Аналогичным образом осуществляется глобальная идентификация базовых станций.

Для управления мобильностью ПТ, находящегося в состоянии ожидания, вводится понятие зоны отслеживания (TA, Tracking Area) как площади, покрывающей зону обслуживания нескольких базовых станций (рис. 1.12). С каждой зоной отслеживания связан соответствующий идентификатор TAI (Tracking Area Identity). ПТ может быть одновременно зарегистрирован в нескольких зонах отслеживания, что позволяет экономить энергию в условиях высокой мобильности, поскольку отпадает необходимость в постоянном обновлении местоположения.

Для управления мобильностью ПТ, находящегося в состоянии ожидания, вводится понятие зоны отслеживания (TA, Tracking Area) как площади, покрывающей зону обслуживания нескольких базовых станций (рис. 1.12). С каждой зоной отслеживания связан соответствующий идентификатор TAI (Tracking Area Identity). ПТ может быть одновременно зарегистрирован в нескольких зонах отслеживания, что позволяет экономить энергию в условиях высокой мобильности, поскольку отпадает необходимость в постоянном обновлении местоположения.

1.4. Услуги в сетях LTE

Качество услуг - суммарный эффект от параметров обслуживания, определяющий степень удовлетворения пользователя услугами связи.

Качество услуг - суммарный эффект от параметров обслуживания, определяющий степень удовлетворения пользователя услугами связи.

Система управления качеством — это совокупность параметров и механизмов, которые обеспечивают соответствие качества услуг установленным требованиям.

Целью введения такой системы является максимизация удовлетворения пользователя предоставленной услугой для повышения спроса на неё.

В основе обеспечения качества услуги лежит понятие PDP-контекста (PDP, Packet Data Protocol), представляющего собой набор параметров, описывающих текущее состояние пользователя или терминала по отношению к возможным услугам и способам их предоставления.

В основе обеспечения качества услуги лежит понятие PDP-контекста (PDP, Packet Data Protocol), представляющего собой набор параметров, описывающих текущее состояние пользователя или терминала по отношению к возможным услугам и способам их предоставления.

При соединении ПТ с базовой пакетной сетью, с це- лью установления логической связи между ПТ и различными сетевы- ми узлами для передачи IP-пакетов в прямом и обратном направлени- ях, происходит так называемая активизация PDP-контекста.

Наряду с пакетной передачей речи основными услугами являются следующие:

Наряду с пакетной передачей речи основными услугами являются следующие:

    • передача интернет файлов (web-browsing);
    • доставка электронной почты;
    • мультимедийные сообщения (MMS, Multimedia Messaging Ser- vice), в том числе, мультимедийное вещание;
    • потоковое видео (streaming);
    • интерактивные игры в реальном времени.

1.4.1. Передача интернет-файлов

С формальной точки зрения передача интернет-файлов представляет собой один или несколько последовательных доступов к различным интернет-станицам, содержащим, в общем случае, информацию о структуре страницы, текст, адрес (URL, Universe Resource Location) самой страницы и входящих в неё объектов: рисунков, таблиц и т. п.

С формальной точки зрения передача интернет-файлов представляет собой один или несколько последовательных доступов к различным интернет-станицам, содержащим, в общем случае, информацию о структуре страницы, текст, адрес (URL, Universe Resource Location) самой страницы и входящих в неё объектов: рисунков, таблиц и т. п.

Средний объём одной интернет-страницы по данным исследований составляет около 150 Кбайт.

Этапы передачи интернет-страницы:

    • Активизация PDP-контекста, необходимая в начале каждой но- вого сеанса связи и обеспечивающая параметры связи между ПТ и сетью.
    • Запрос адреса услуги через сервер доменных имён (DNS-сервер, Domain Name Server), переводящий числовой IP-адрес в строковый адрес.
    • Установка TCP-соединения (Transmission Control Protocol) на транспортном уровне. При этом, в зависимости от используемой версии HTTP-протокола и реализации интернет-браузера, может оказать необходимым установка нескольких TCP-соединений.
    • Запрос на сервер первого объекта (текста) интернет-страницы.
    • Получение первого объекта (текста) интернет-страницы.
    • Запрос на сервер последующих объектов интернет-страницы.
    • Получение последующих объектов (текста) интернет-страницы.
    • Снятие TCP-соединения.

В настоящее время наиболее распространённой технологией передачи файлов между мобильными пользователями является технология, базирующаяся на WAP-протоколе (Wireless Application Protocol).

В настоящее время наиболее распространённой технологией передачи файлов между мобильными пользователями является технология, базирующаяся на WAP-протоколе (Wireless Application Protocol).

Данная технология, очень похожая на технологию WWW (World Wide Web) всемирной паутины, является открытой, позволяя производителям беспроводных устройств разрабатывать и внедрять различные механизмы внутрисетевого взаимодействия.

Технология WAP описана в виде спецификаций, относящихся к следующим разделам:

Технология WAP описана в виде спецификаций, относящихся к следующим разделам:

    • общий обзор технологий WAP;
  • стек WAP-протоколов и программное обеспечение WAP-шлюзов;
    • языки WAP-программирования;
    • технология WAP PUSH передачи информации мобильным пользователям в режиме отложенного времени, которая в настоящее время наиболее активно разрабатывается.

Основными WAP-объектами являются микробраузеры, WAP- шлюзы и WTA-приложения (Wireless Telephone Application) для мо- бильной телефонии.

Основными WAP-объектами являются микробраузеры, WAP- шлюзы и WTA-приложения (Wireless Telephone Application) для мо- бильной телефонии.

Микробраузер — это фактически тот же браузер, что использует- ся в обычных интернет-приложениях, но учитывающий ограниченные конструктивные и программно-аппаратные ресурсы мобильных ПТ:

WAP-шлюз — это промежуточный узел, обеспечивающий преоб- разование протоколов передачи информации между фиксированными и мобильными сетями.

1.4.2. Доставка электронной почты

Традиционные IP-сети используют несколько протоколов для передачи почты: SMTP (Simple Mail Transfer Protocol) — только для от- правки сообщений; POP 2 (Post Office Protocol Version 2) — только для получения сообщений; POP 3 (Post Office Protocol Version 3) и IMAP (Interactive Mail Access Protocol) — для отправки и получения сообщений.

Традиционные IP-сети используют несколько протоколов для передачи почты: SMTP (Simple Mail Transfer Protocol) — только для от- правки сообщений; POP 2 (Post Office Protocol Version 2) — только для получения сообщений; POP 3 (Post Office Protocol Version 3) и IMAP (Interactive Mail Access Protocol) — для отправки и получения сообщений.

Кратко рассмотрим механизм функционирования протокола SMTP; по аналогичному сценарию работают и другие почтовые протоколы.

Протокол SMTP спроектирован на основе следующей модели взаимодействия: по запросу пользователя отправляющая сторона (sender-SMTP) устанавливает двусторонний канал с получающей стороной (receiver-SMTP), причём получателем может быть как оконеч- ный хост назначения, так и какой-либо промежуточный узел. Далее отправителем генерируются SMTP-команды и отправляются получателю, который, в свою очередь, отправляет ответы обработки полученных команд отправителю.

Протокол SMTP спроектирован на основе следующей модели взаимодействия: по запросу пользователя отправляющая сторона (sender-SMTP) устанавливает двусторонний канал с получающей стороной (receiver-SMTP), причём получателем может быть как оконеч- ный хост назначения, так и какой-либо промежуточный узел. Далее отправителем генерируются SMTP-команды и отправляются получателю, который, в свою очередь, отправляет ответы обработки полученных команд отправителю.

Простейший алгоритм работы протокола выглядит следующим образом (рис. 1.16):

1.4.3. Мультимедийные сообщения

Мультимедийные сообщения можно рассматривать как усовершенствование услуги коротких сообщений (SMS, Short Message Service), когда наряду с текстовой информацией передаётся изображение и звук. При этом отличительными особенностями такой услуги является ограниченный объём данных (в отличие, например, от потоковых услуг) и то, что она выполняется не в реальном времени.

Мультимедийные сообщения можно рассматривать как усовершенствование услуги коротких сообщений (SMS, Short Message Service), когда наряду с текстовой информацией передаётся изображение и звук. При этом отличительными особенностями такой услуги является ограниченный объём данных (в отличие, например, от потоковых услуг) и то, что она выполняется не в реальном времени.

Описанию услуг по предоставлению мультимедийных сообщений в сетях третьего и четвёртого поколений посвящены спецификации TS 22.140 и TS 23.140. Кратко рассмотрим основные особенности организации сети LTE с услугой мультимедийных сообщений.

Окружение мультимедийной услуги (MMS-окружение, MMSE, Multimedia Messaging Service Environment) — совокупность сетевых элементов, отвечающих за доставку мультимедийных сообщений и находящихся под управлением единого узла.

Окружение мультимедийной услуги (MMS-окружение, MMSE, Multimedia Messaging Service Environment) — совокупность сетевых элементов, отвечающих за доставку мультимедийных сообщений и находящихся под управлением единого узла.

MMS-сервер предназначен для хранения и управления входящи- ми и исходящими сообщениями, а также их пересылкой между раз- личными узлами — в этом случае он называется транзитным MMS-сервером.

Пользовательская базы данных, в которой хранится персональ- ная информация о подписчиках на мультимедийные услуги.

Пользовательский MMS-агент — программный продукт, нахо- дящийся в ПТ либо другом подключённом к нему устройстве и обеспечивающий возможность просматривать, создавать и управлять (принимать, отправлять, удалять) мультимедийными сообщениями.

1.4.4. Мультимедийное вещание

Предоставление услуг вещания осуществляется в соответствующей зоне вещания (BA, Broadcast Area), т. е. части области покрытия сотовой сети, которая в предельном случае может совпадать со всей территорией покрытия. Источником (провайдером) вещательных услуг может быть как сама сотовая сеть, так и независимый провайдер.

Предоставление услуг вещания осуществляется в соответствующей зоне вещания (BA, Broadcast Area), т. е. части области покрытия сотовой сети, которая в предельном случае может совпадать со всей территорией покрытия. Источником (провайдером) вещательных услуг может быть как сама сотовая сеть, так и независимый провайдер.

Спецификации определяют два режима предоставления мультимедийных вещательных услуг: обычное вещание (broadcast mode) и групповое вещание (multicast mode).

Спецификации определяют два режима предоставления мультимедийных вещательных услуг: обычное вещание (broadcast mode) и групповое вещание (multicast mode).

В обоих режимах, где осуществляется ненаправленная, т. е. безотносительно к конкретным пользователям, передача мультимедийных данных (текст, звук, изображение, видео) по модели “точка — много точек”, обеспечивается достаточно эффективное использование сетевых радиоресурсов, поскольку дан- ные передаются по общим каналам.

Доставка мультимедийной вещательной услуги осуществляется на основе соответствующего MBMS-контекста, формируемого в пользовательском терминале, обслуживающем шлюзе и центре веща- тельных услуг. В качестве примера в табл. 1.1 представлен набор наиболее важных параметров и их описание для пользовательской части MBMS-контекста.

Доставка мультимедийной вещательной услуги осуществляется на основе соответствующего MBMS-контекста, формируемого в пользовательском терминале, обслуживающем шлюзе и центре веща- тельных услуг. В качестве примера в табл. 1.1 представлен набор наиболее важных параметров и их описание для пользовательской части MBMS-контекста.

 

Параметр

Описание

IP multicast address

IP-адрес группового вещания, идентифицирующий канал услуги, в котором будут объединены ПТ

APN

Имя точки доступа, на которое указывает IP-адрес группового вещания

SGW adress

IP-адрес обслуживающего шлюза

TMGI

Временный идентификатор мобильной группы, ас- социированной с каналом услуги

Linked NSAPI

Идентификатор точки доступа PDP-контекста

IMSI

Международный идентификатор мобильного або- нента

TI

Идентификатор транзакции

MBMS_NSAPI

Идентификатор точки доступа к услуге на сетевом уровне

Additional MBMS Trace Info

Дополнительная информация, требуемая для уста- новки соединения

Trace Reference

Определяет запись или набор записей для конкрет- ного соединения

Trace Type

Определяет тип соединения

Trigger Id

Определяет сетевой блок, который инициирует со- единение

Параметры пользовательской части MBMS-контекста

Для обмена информацией между центром вещательных услуг и MBMS-шлюзом (рис. 1.21) определёны SGmb-интерфейс(обмен служебной информацией) и SGimb-интерфейс (доставка пользовательской информации). Обмен служебной информацией между БУМ и MBMS-шлюзом осуществляется через Sm-интерфейс; между MBMS-шлюзом и обслуживающим шлюзом — через Sn-интерфейс.

Для обмена информацией между центром вещательных услуг и MBMS-шлюзом (рис. 1.21) определёны SGmb-интерфейс(обмен служебной информацией) и SGimb-интерфейс (доставка пользовательской информации). Обмен служебной информацией между БУМ и MBMS-шлюзом осуществляется через Sm-интерфейс; между MBMS-шлюзом и обслуживающим шлюзом — через Sn-интерфейс.

 

В зависимости от использования и способа доставки услуги мультимедийного вещания они классифицируются на четыре типа:

В зависимости от использования и способа доставки услуги мультимедийного вещания они классифицируются на четыре типа:

    • Потоковые услуги (streaming service), представляющие собой непрерывный поток данных, являются базовыми услугами мультимедийного вещания.
    • Услуги по загрузке файлов.
    • Карусельные (carousel) услуги, являющиеся комбинацией части потоковых услуг (текст и неподвижные изображения) и услуг по за- грузке файлов.
    • Телевизионные услуги, состоящие из синхронизированных пото- ков звука и изображения.

Пользование вещательной услуги в режиме группового вещания связано с последовательным осуществлением следующих процедур:

Пользование вещательной услуги в режиме группового вещания связано с последовательным осуществлением следующих процедур:

    • подписка на услугу;
    • объявление о существовании услуги;
    • присоединение абонента к услуге;
    • начало передачи услуги;
    • уведомление абонентов о начале передачи услуги;
    • передача данных, относящихся к услуге;
    • отключение от услуги.

1.4.5. Потоковое видео

Для обеспечения передачи потоковое видео в сетях 3-го и 4-го поколений комиссия IETF разработала ряд соответствующих протоколов: протокол передачи потокового видео в реальном времени RTSP (Real-Time Streaming Protocol), транспортный протокол пере- дачи в реальном времени RTP (Real-Time Transport Protocol), протокол описания сеанса SDP (Session Description Protocol).

Для обеспечения передачи потоковое видео в сетях 3-го и 4-го поколений комиссия IETF разработала ряд соответствующих протоколов: протокол передачи потокового видео в реальном времени RTSP (Real-Time Streaming Protocol), транспортный протокол пере- дачи в реальном времени RTP (Real-Time Transport Protocol), протокол описания сеанса SDP (Session Description Protocol).

1.5. Качество обслуживания в сетях LTE

При разработке и внедрении системы качества обслуживания к атрибутам такой системы предъявляются следующие общие требования:

При разработке и внедрении системы качества обслуживания к атрибутам такой системы предъявляются следующие общие требования:

    • Количество и значения атрибутов должны быть таковы, чтобы обеспечить возможность многоуровневой градации пользователей.
    • Использование механизма QoS не должно мешать политике эффективного использования радиоресурсов, независимому развитию базовой сети и сети радиодоступа.
    • Все атрибуты и их комбинации должны иметь однозначно определённые значения.
    •  

       

       

       

       

       

       

Рассмотрим архитектуру системы качества обслуживания и передачу услуг в рамках такой системы, рассматривая, для определённости, случай, когда связь осуществляется между оконечным оборудо-

Рассмотрим архитектуру системы качества обслуживания и передачу услуг в рамках такой системы, рассматривая, для определённости, случай, когда связь осуществляется между оконечным оборудо-

ванием (ОО), подключённым к пользовательскому терминалу мобильной сети, и терминальным оборудованием, расположенным во внешней пакетной сети (рис. 1.23).

Вводится понятие сквозной услуги (end-to-end service) как последовательность действий между двумя оконечными пользователями и, соответственно, частей услуг — по их отношению к определённых сетевым составляющим: в локальном канале “оконечное оборудование — пользовательский терминал” (Terminal Equipment / Mobile Terminal local Bearer Service), в канале сети LTE (LTE Bearer Service), во внешнем канале (External Bearer Service).

Вводится понятие сквозной услуги (end-to-end service) как последовательность действий между двумя оконечными пользователями и, соответственно, частей услуг — по их отношению к определённых сетевым составляющим: в локальном канале “оконечное оборудование — пользовательский терминал” (Terminal Equipment / Mobile Terminal local Bearer Service), в канале сети LTE (LTE Bearer Service), во внешнем канале (External Bearer Service).

Таким образом, возникает многоуровневое взаимодействие при передаче услуги в различных сетевых узлах и на различных уровнях.

Услугу в сети радиодоступа реализуют двумя частями: в радиоканале (Radio Bearer Service) и в механизме радиодоступа (Access Bearer Service). Реализация услуги в радиоканале содержит все аспекты, касающиеся передачи данных по радиоинтерфейсу, включая сегментацию и повторную сборку пользовательских пакетов.

Услугу в сети радиодоступа реализуют двумя частями: в радиоканале (Radio Bearer Service) и в механизме радиодоступа (Access Bearer Service). Реализация услуги в радиоканале содержит все аспекты, касающиеся передачи данных по радиоинтерфейсу, включая сегментацию и повторную сборку пользовательских пакетов.

Механизм радиодоступа обеспечивает на физическом уровне (Physical Bearer Service) передачу данных между сетью радиодоступа и базовой сетью.

Основные функции сети LTE

Функция отображения (MF, Mapping Function) обеспечивает на- деление каждого предназначенного для передачи пакета данных соответствующими параметрами QoS.

Функция классификации (CF, Classification Function) предназначена для выставления пакетам данных параметров QoS, предназначенных для определённого ПТ, в том случае, если для этого ПТ в сети установлено несколько каналов передачи услуг.

Функция управления ресурсами (RMF, Resource Manager Function) распределяет доступные ресурсы между услугами в соответствии с параметрами QoS.

Функция управления ресурсами (RMF, Resource Manager Function) распределяет доступные ресурсы между услугами в соответствии с параметрами QoS.

Функция согласования (очистки) трафика (TCF, Traffic Conditioner Function) обеспечивает согласование между потоком пользовательских данных и установленным уровнем качества обслуживания. Те пакеты данных, которые не соответствуют выставленным параметрам QoS, будут отброшены или помечены как несоответствующие для последующего отбрасывания после накопления.

В плоскости управления, как обычно, сосредоточены функции, необходимые для реализации механизмов управления и контроля

Функция управления услугами (SMF, Service Manager Function) является координирующей функцией при установке, модифицировании и управлении услугами, а также управляющей для функций управления качеством обслуживания в пользовательской плоскости.

Трансляционная функция (TF, Translation Function) преобразует внутренние примитивы услуг сети LTE в модули различных протоколов взаимодействующих внешних сетей, включая преобразования атрибутов услуг сети LTE в параметры QoS протоколов внешних сетей.

Функция управления возможностями (A/CCF, Admission / Capa- bility Control Function) обеспечивает информацией обо всех возможных ресурсах сетевых узлов, определяя при каждом запросе (или модифицировании) услуги, могут ли сетевые узлы обеспечить требуемые ресурсы. Данная функция также контролирует возможность пре- доставления самой услуги, т.е. реализована ли в сети запрашиваемая услуга.

Функция управления возможностями (A/CCF, Admission / Capa- bility Control Function) обеспечивает информацией обо всех возможных ресурсах сетевых узлов, определяя при каждом запросе (или модифицировании) услуги, могут ли сетевые узлы обеспечить требуемые ресурсы. Данная функция также контролирует возможность пре- доставления самой услуги, т.е. реализована ли в сети запрашиваемая услуга.

Функция управления подпиской (SCF, Subscription Control Function) обеспечивает контроль доступности абонентов на пользование различными услугами с требуемыми параметрами QoS.

Концепция предоставления услуг предполагает наличие четырёх классов качества обслуживания, называемых также трафиковыми классами:

Концепция предоставления услуг предполагает наличие четырёх классов качества обслуживания, называемых также трафиковыми классами:

    • голосовой (разговорный);
    • потоковый;
    • интерактивный;
    • фоновый.

Главным различием между названными классами является чувствительность к задержкам: наиболее чувствительным является голосовой трафик, наименее чувствительным — фоновый трафик.

Главным различием между названными классами является чувствительность к задержкам: наиболее чувствительным является голосовой трафик, наименее чувствительным — фоновый трафик.

Голосовой и потоковый классы предназначены для использования в реальном масштабе времени.

Интерактивный и фоновый классы используются для традиционных интернет-приложений: интернет-навигация, электронная почта, удалённая связь и др. При этом трафик интерактивного класса имеет более высокий приоритет, чем трафик фонового класса.

Список параметров QoS, по которым осуществляется относительная градация пользователей:

Список параметров QoS, по которым осуществляется относительная градация пользователей:

            • Трафиковый класс (голосовой, потоковый, интерактивный, фоновый).
            • Максимальная скорость передачи данных (в Кбит/с). Данный параметр определяет максимальное число бит, доставляемых сетью LTE (или в сеть LTE) за определённые интервалы времени.
            • Гарантированная скорость передачи данных (в Кбит/с) определяет гарантированное число бит, доставляемых сетью за определённые интервалы времени.

Порядок доставки (Да / Нет). Параметр, показывающий, обеспечивает ли сквозной канал последовательную доставку пакетов дан- ных или нет. Фактически данный параметр показывает отличие протокола передачи данных от пользовательского PDP-протокола.

            • Порядок доставки (Да / Нет). Параметр, показывающий, обеспечивает ли сквозной канал последовательную доставку пакетов дан- ных или нет. Фактически данный параметр показывает отличие протокола передачи данных от пользовательского PDP-протокола.
            • Максимальный размер (в байтах) пакетов данных, переносящих содержимое услуги (SDU, Service Data Unit). Данный параметр следу- ет отличать от параметра MTU (Maximum Transfer Unit), используе- мого в IP-протоколе.

Информация (в битах) о формате пакетов данных, переносящих содержимое услуги, необходимая в сети радиодоступа в целях обеспе- чения функционирования RLC-протокола в прозрачном режиме.

            • Информация (в битах) о формате пакетов данных, переносящих содержимое услуги, необходимая в сети радиодоступа в целях обеспе- чения функционирования RLC-протокола в прозрачном режиме.
            • Относительный уровень ошибочно переданных пакетов данных, переносящих содержимое услуги. Параметр используется для выбора надлежащей схемы (модуляции / кодирования) передачи данных по сети радиодоступа.

Остаточный коэффициент ошибок, отражающий число ошибочно переданных бит в доставленных пакетах данных, переносящих содержимое услуги. Также используется для выбора надлежащей схемы (модуляции / кодирования) передачи данных по сети радио- доступа.

            • Остаточный коэффициент ошибок, отражающий число ошибочно переданных бит в доставленных пакетах данных, переносящих содержимое услуги. Также используется для выбора надлежащей схемы (модуляции / кодирования) передачи данных по сети радио- доступа.
            • Возможность доставки искажённых пакетов данных, переносящих содержимое услуги (Да /Нет). Параметр используется при принятии решений о пересылке искажённых пакетов данных.

Задержка передачи (в мс) определяет допустимое отклонение значения задержки в сети радиодоступа от общего времени задержки в сквозном канале среди 95% значений задержек доставлен- ных пакетов данных в течение времени существования всей услуги.

            • Задержка передачи (в мс) определяет допустимое отклонение значения задержки в сети радиодоступа от общего времени задержки в сквозном канале среди 95% значений задержек доставлен- ных пакетов данных в течение времени существования всей услуги.
            • Приоритет в управлении трафиком отражает относи- тельную важность рассматриваемого потока данных по сравнению с другими потоками. Параметр применяется к услугам интерактивного класса, позволяя вести диспетчеризацию трафика.

Назначение / снятие приоритета. Используется для выявления приоритетных различий между каналами передачи услуг, когда выполняются операции по назначению и снятию каналов в условиях ограниченности ресурсов.

            • Назначение / снятие приоритета. Используется для выявления приоритетных различий между каналами передачи услуг, когда выполняются операции по назначению и снятию каналов в условиях ограниченности ресурсов.
            • Статистический дескриптор источника (речевой / неизвестный). Разговорная речь имеет хорошо известные статистические параметры. Поэтому, в целях информирования о том, что пакеты данных имеют речевую природу, этот факт может быть экспериментально (на основе подсчёта) обнаружен в различных точках.

Индикатор служебной информации (Да / Нет), определённые только для услуг интерактивного класса, показывает природу информации (служебная или пользовательская) в принятых пакетах. Если индикатор установлен в значение ‘Да’, то ПТ должен установить в ‘1’ приоритет управления трафиком. Данный параметр является дополнительным в системе качества обслуживания.

            • Индикатор служебной информации (Да / Нет), определённые только для услуг интерактивного класса, показывает природу информации (служебная или пользовательская) в принятых пакетах. Если индикатор установлен в значение ‘Да’, то ПТ должен установить в ‘1’ приоритет управления трафиком. Данный параметр является дополнительным в системе качества обслуживания.
            • Выделенное назначение / снятие приоритета — “усиленный” параметр назначения / снятия приоритета, содержащий увели- ченный диапазон уровней приоритета, а также дополнительную ин- формацию о возможности преимущественного занятия канала и пре- имущественной степени защищённости.