Rendszerarchitektúra evolúció - System Architecture Evolution

System Architecture Evolution ( SAE ) a lényege hálózati architektúra mobil kommunikációs protokoll csoport 3GPP „s LTE vezeték nélküli kommunikációs szabvány.

A SAE a GPRS törzshálózat fejlődése , de egyszerűsített architektúrával; egy all-IP hálózat (AIPN); nagyobb átbocsátású és alacsonyabb késleltetésű rádió-hozzáférési hálózatok (RAN) támogatása; valamint több heterogén hozzáférési hálózat, köztük az E-UTRA ( LTE és LTE Advanced air interface) és a 3GPP örökölt rendszerek (például GERAN vagy UTRAN , a GPRS és az UMTS légi interfészei ), de nem 3GPP rendszerek (például Wi-Fi , WiMAX vagy CDMA2000 ).

SAE építészet

Az SAE lapos, teljes IP architektúrával rendelkezik, elkülönítve a vezérlő és a felhasználói sík forgalmát.

A SAE architektúra fő alkotóeleme az Evolved Packet Core ( EPC ), más néven SAE Core . Az EPC a GPRS-hálózatok megfelelőjeként fog szolgálni (a Mobility Management Entity , a Serving Gateway és a PDN Gateway alkomponenseken keresztül).

Fejlett csomagmag (EPC)

EPC csomópontok és interfészek

Az EPC alkomponensei a következők:

MME (Mobility Management Entity)

Az MME az LTE hozzáférési hálózat kulcsvezérlő csomópontja. Felelős a készenléti üzemmódú felhasználói berendezések (UE) lapozásáért és címkézéséért, beleértve az újraküldéseket is. Részt vesz a hordozó aktiválási / deaktiválási folyamatában, és felelős az UE kiszolgáló átjárójának megválasztásáért is a kezdeti csatoláskor és az LTE-n belüli átadáskor, a maghálózati (CN) csomópontok áthelyezésével. Feladata a felhasználó hitelesítése (a Home Subscriber Server szerverrel való interakcióval ). A Non Access Stratum (NAS) jelzés az MME-nél fejeződik be, és felelős az ideiglenes identitások előállításáért és az UE-k számára történő kiosztásáért is. Ellenőrzi az UE engedélyét, hogy a szolgáltató Public Land Mobile Network (PLMN) területén táborozzon, és betartatja az UE roaming korlátozásait. Az MME a NAS jelzés titkosításának / integritásának védelme végpontja a hálózatban, és kezeli a biztonsági kulcs kezelését. A jelzés törvényes elfogását az MME is támogatja. Az MME emellett biztosítja az LTE és a 2G / 3G hozzáférési hálózatok közötti mobilitás vezérlő sík funkcióját is, az S3 interfésszel az MME-nél végződik az SGSN-től . Az MME az S6a interfészt is megszünteti a HSS felé a roaming UE-k számára.

SGW (kiszolgáló átjáró)

A kiszolgáló átjáró továbbítja és továbbítja a felhasználói adatcsomagokat, miközben a felhasználói sík mobilitási horgonyaként is működik az eNodeB közötti átadások során, valamint az LTE és más 3GPP technológiák közötti mobilitás horgonyaként (az S4 interfész megszüntetése és a 2G / 3G közötti forgalom közvetítése rendszerek és Packet Data Network Gateway). Tétlen állapotú felhasználói berendezések esetén a kiszolgáló átjáró megszünteti a lefelé irányuló adatútvonalat, és elindítja a lapozást, amikor a lefelé irányuló adatok megérkeznek a felhasználói berendezéshez. Kezeli és tárolja az UE-kontextusokat, például az IP-hordozó szolgáltatás paramétereit, a hálózat belső útválasztási információit. Törvényes lehallgatás esetén replikálja a felhasználói forgalmat is.

PGW (Packet Data Network Gateway)

A csomagkapcsolt adatátviteli hálózati átjáró (PDN Gateway, szintén PGW) kapcsolatot biztosít a felhasználói berendezéstől (UE) a külső csomagkapcsolt adatátviteli hálózatokhoz (PDN) azáltal, hogy kiindulási és belépési pontja a forgalomnak. Egy felhasználói berendezés egyidejűleg több csomagkapcsolt adatátviteli hálózati átjáróval is csatlakozhat több csomagkapcsolt adathálózat eléréséhez. A PDN átjáró házirend-végrehajtást, csomagszűrést végez minden felhasználó számára, támogatási díjat, törvényes lehallgatást és csomagszűrést. A Packet Data Network Gateway másik kulcsfontosságú szerepe, hogy a 3GPP és a nem 3GPP technológiák, például a WiMAX és a 3GPP2 (CDMA 1X és EvDO ) közötti mobilitás horgonyaként működik .

HSS (otthoni előfizetői kiszolgáló)

A Home Subscriber Server egy központi adatbázis, amely felhasználói és előfizetéssel kapcsolatos információkat tartalmaz. A HSS funkciói közé tartozik a mobilitáskezelés, a hívás és a munkamenet létrehozásának támogatása, a felhasználói hitelesítés és a hozzáférés engedélyezése. A HSS a Rel-4 előtti otthoni nyilvántartáson (HLR) és a Hitelesítési központon (AuC) alapul.

ANDSF (Access Network Discovery and Selection Function)

Az ANDSF információt nyújt az UE-nek a 3GPP-hez és a nem 3GPP-hozzáférési hálózatokhoz (például Wi-Fi) való csatlakozásról. Az ANDSF célja, hogy segítse az UE-t a közelükben lévő hozzáférési hálózatok felfedezésében, és szabályokat (házirendeket) adjon az ezekhez a hálózatokhoz való kapcsolatok rangsorolásához és kezeléséhez.

ePDG (Evolved Packet Data Gateway)

Az ePDG fő funkciója az adatátvitel biztosítása az EPC-hez csatlakoztatott UE-vel nem megbízható, nem 3GPP hozzáférésen keresztül, pl. VoWi-Fi. Ebből a célból az ePDG az UE-vel létrehozott IPsec- alagutak végződési csomópontjaként működik .

Non Access Stratum (NAS) protokollok

A Non-Access Stratum (NAS) protokollok alkotják a vezérlő sík legmagasabb rétegét a felhasználói berendezés (UE) és az MME között. A NAS protokollok támogatják az UE mobilitását és a munkamenet-kezelési eljárásokat az UE és a PDN GW közötti IP-kapcsolat létrehozása és fenntartása érdekében. Meghatározzák a paraméterek leképezésének szabályait a rendszerek közötti mobilitás során 3G hálózatokkal vagy nem 3GPP hozzáférési hálózatokkal. Emellett biztosítják a NAS biztonságát integritásvédelem és a NAS jelző üzenetek titkosítása révén. Az EPS (Evolved Packet System) az előfizető számára "használatra kész" IP-kapcsolatot és "mindig bekapcsolt" élményt nyújt azáltal, hogy összekapcsolja a mobilitás-kezelés és a munkamenet-kezelési eljárásokat az UE csatolási eljárás során.

A teljes NAS tranzakciók elemi eljárások meghatározott szekvenciáiból állnak, EPS Mobility Management (EMM) és EPS Session Management (ESM) protokollokkal.

EMM (EPS Mobility Management)

Az EPS (Evolved Packet System) Mobility Management (EMM) protokoll eljárásokat biztosít a mobilitás vezérléséhez, amikor a felhasználói berendezés (UE) az Evolved UMTS földi rádiós hozzáférési hálózatot (E-UTRAN) használja. A NAS protokollok biztonságának ellenőrzését is biztosítja.

Az EMM különböző típusú eljárásokat foglal magában, például:

Az EMM általános eljárásai - mindig kezdeményezhetők, amíg NAS jelző kapcsolat létezik. Az ehhez a típushoz tartozó eljárásokat a hálózat kezdeményezi. Ezek tartalmazzák a GUTI átcsoportosítását, a hitelesítést, a biztonsági mód vezérlését, az azonosítást és az EMM információkat.
EMM-specifikus eljárások - csak az UE-re vonatkoznak. Bármikor csak egy UE által kezdeményezett EMM-specifikus eljárás futtatható. Az ehhez a típushoz tartozó eljárások: csatolás és kombinált csatolás, leválasztás vagy kombinált leválasztás, normál követési terület frissítés és kombinált követési terület frissítés (csak S1 mód) és időszakos követési terület frissítés (csak S1 mód).
EMM kapcsolatkezelési eljárások - az UE és a hálózat kapcsolatának kezelése:
- Szolgáltatási kérelem: Az UE kezdeményezi, és a hálózathoz való biztonságos kapcsolat létrehozására, vagy az erőforrás-foglalás igénylésére szolgál adatok küldéséhez, vagy mindkettőhöz.
- Személyhívó eljárás: A hálózat kezdeményezi, és NAS jelző kapcsolat létrehozásának kérésére vagy az UE újbóli csatolásának felszólítására szolgál, ha szükséges hálózati hiba következtében.
- NAS-üzenetek szállítása: Az UE vagy a hálózat kezdeményezi, és SMS-üzenetek továbbítására szolgál .
- NAS-üzenetek általános továbbítása: Az UE vagy a hálózat kezdeményezi és más alkalmazások protokoll-üzeneteinek továbbítására szolgál.

Az UE és a hálózat párhuzamosan végrehajtja a csatolási eljárást, az alapértelmezett EPS hordozói környezet aktiválási eljárást. Az EPS csatolási eljárás során a hálózat aktiválja az alapértelmezett EPS hordozó környezetet. Az alapértelmezett EPS hordozói környezet aktiválásához szükséges EPS munkamenet-kezelési üzeneteket az EPS mobilitás-kezelő üzeneteinek információelemben továbbítja. Az UE és a hálózat befejezi a kombinált alapértelmezett EPS hordozói kontextus aktiválási és a csatolási eljárást, mielőtt a dedikált EPS hordozó kontextus aktiválási eljárása befejeződik. A csatolási eljárás sikere az alapértelmezett EPS hordozói környezet aktiválási eljárás sikerétől függ. Ha a csatolási eljárás sikertelen, akkor az ESM munkamenet-kezelési eljárásai is kudarcot vallanak.

ESM (EPS Session Management)

Az EPS Session Management (ESM) protokoll biztosítja az eljárásokat az EPS hordozói kontextusok kezelésére. Az Access Stratum által biztosított hordozóvezérléssel együtt biztosítja a felhasználói sík hordozók vezérlését. Az ESM-üzenetek továbbítása az EMM-eljárások során szünetel, kivéve a csatolási eljárást.

EPS hordozó: Minden EPS hordozó környezet egy EPS hordozót képvisel az UE és a PDN között. Az EPS hordozói kontextusok akkor is aktívak maradhatnak, ha az UE és az MME között a megfelelő EPS hordozókat alkotó rádió és S1 hordozók ideiglenesen fel vannak engedve. Az EPS bemutató kontextus lehet alapértelmezett hordozói kontextus vagy dedikált hordozói kontextus. Az alapértelmezett EPS-hordozókörnyezet akkor aktiválódik, amikor az UE kapcsolatot kér egy PDN-hez. Az első alapértelmezett EPS-hordozói környezet aktiválódik az EPS csatolási eljárás során. Ezenkívül a hálózat párhuzamosan aktiválhat egy vagy több dedikált EPS hordozói kontextust.

Általában az ESM eljárásokat csak akkor lehet végrehajtani, ha az UE és az MME között létrejött egy EMM kontextus, és az NEM üzenetek biztonságos cseréjét az MME kezdeményezte az EMM eljárások használatával. Az UE sikeres csatolása után az UE kérheti az MME-t, hogy hozzon létre kapcsolatokat további PDN-ekhez. Minden további kapcsolat esetén az MME külön alapértelmezett EPS-hordozókörnyezetet aktivál. Az alapértelmezett EPS-hordozókörnyezet aktív marad a PDN-hez való kapcsolat élettartama alatt.

Az ESM-eljárások típusai: Az ESM különböző típusú eljárásokat foglal magában, például:

EPS hordozói kontextus eljárások - a hálózat által kezdeményezettek, és az EPS hordozói kontextusok manipulálására szolgálnak, ideértve az Alapértelmezett EPS hordozói környezet aktiválását, Dedikált EPS hordozói környezet aktiválását, EPS hordozói környezet módosítását, EPS hordozói környezet deaktiválását.
Tranzakcióval kapcsolatos eljárások - az UE kezdeményezi erőforrások, azaz új PDN-kapcsolat vagy dedikált hordozói erőforrások kérésére, vagy ezen erőforrások felszabadítására. Ezek tartalmazzák a PDN csatlakozási eljárást, a PDN lekapcsolási eljárást, a Bearer erőforrás-allokációs eljárást, a Bearer erőforrás-módosítási eljárást.

Az MME karbantartja az EMM kontextus és az EPS hordozó kontextus adatait az UE-k számára az ECM-IDLE, ECM CONNECTED és EMM-DEREGISTERED állapotokban.

EPC protokoll verem

MME (Mobility Management Entity) protokollok

Az MME protokoll verem a következőkből áll:

S1-MME verem az S1-MME interfész és az eNodeB támogatásához
S11 verem az S11 interfész támogatásához a kiszolgáló átjáróval

Az MME támogatja az S1 interfészt az eNodeB-vel. Az integrált S1 MME interfész verem IP , SCTP , S1AP.

Az SCTP (Stream Control Transmission Protocol) egy általános átviteli protokoll, amely az Internet Protocol (IP) szolgáltatásait használja fel, hogy megbízható datagram kézbesítési szolgáltatást nyújtson az adaptációs modulokhoz, például az S1AP-hoz. Az SCTP megbízható és szekvenciális szállítást biztosít a meglévő IP-keretrendszeren felül. Az SCTP által biztosított főbb jellemzők:
- Társítás beállítása : A társítás olyan kapcsolat, amelyet két végpont között hoznak létre az adatátvitelhez, hasonlóan a TCP-kapcsolathoz. Az SCTP társításnak mindkét végén több címe lehet.
- Megbízható adatszolgáltatás : Szekvenált adatok továbbítása folyamban (a fejvonal blokkolásának kiküszöbölése): Az SCTP biztosítja az adatok szekvenciális átadását több egyirányú folyam mellett, anélkül, hogy blokkolná az adatcsomókat más irányba.
Az S1AP (S1 alkalmazásrész) az E-UTRAN és az Evolved Packet Core (EPC) közötti jelzőszolgáltatás, amely eleget tesz az S1 interfész funkcióinak, például az SAE Bearer felügyeleti funkcióinak, a kezdeti kontextus átviteli funkciónak, az UE mobilitási funkcióinak, a személyhívásnak, a visszaállítás funkciónak, NAS jelátviteli funkció, hibajelentés, UE kontextuskioldó funkció, állapotátvitel.

Az MME támogatja az S11 interfészt a Serving Gateway szolgáltatással. Az integrált S11 interfész verem IP , UDP , eGTP-C áll .

SGW (Serving Gateway) protokollok

Az SGW a következőkből áll:

S11 vezérlősík verem az S11 interfész támogatásához az MME-vel
S5 / S8 vezérlés és adatsík verem az S5 / S8 interfész támogatásához a PGW-vel
S1 adatsík verem az S1 felhasználói sík interfész támogatásához az eNodeB-vel
S4 adatsík verem az S4 felhasználói sík interfész támogatásához az UMTS RNC és az eNodeB SGW között
Sxa: a 3GPP Rel.14 óta az Sx interfészt és a hozzá tartozó PFCP protokollt hozzáadták az SGW-hez, lehetővé téve a vezérlő felhasználói sík elválasztását az SGW-C és az SGW-U között.

Az SGW támogatja az S11 interfészt MME-vel és az S5 / S8 interfészt PGW-vel. Ezeknek az interfészeknek az integrált vezérlősík vereme IP , UDP , eGTP-C áll .

Az SGW támogatja az S1-U interfészt az eNodeB-vel és az S5 / S8 adatsík interfészt a PGW-vel. Ezen interfészek integrált adatsík-vereme IP , UDP , eGTP-U áll .

A P-GW által megosztott főbb interfészek más EPC csomópontokkal

PGW (Packet Data Network Gateway) protokollok

A P-GW által támogatott fő interfészek a következők:

S5 / S8: ezt az interfészt az S-GW és a P-GW határozzák meg. Akkor nevezik S5-nek, ha az S-GW és a P-GW ugyanabban a hálózatban található (nem roaming-forgatókönyv), és S8-nak, amikor az S-GW a meglátogatott hálózatban található, és a P-GW az otthoni hálózatban (roaming) forgatókönyv). Az S5 / S8 interfészben eGTP-C és GTP-U protokollokat használnak.
Gz: ezt az interfészt használja a P-GW az offline töltési rendszerrel (OFCS) való kommunikációhoz, főleg az utólag fizetett felhasználók töltési adatrekordjainak (CDR) elküldéséhez FTP- n keresztül .
Gy: ezt az interfészt használja a P-GW az online töltési rendszerrel (OCS) való kommunikációhoz . A P-GW valós időben tájékoztatja a töltőrendszert az előre fizetett felhasználók hasznos terheléséről. Átmérő protokollt használnak a Gy interfészben.
Gx: ezt az interfészt használja a P-GW, hogy kommunikáljon a Policy and Charging Rules funkcióval (PCRF) a Policy and Charging Rules (PCC) szabályok kezelése érdekében. Ezek a szabályok tartalmazzák a díjszabással kapcsolatos információkat, valamint a szolgáltatási minőség (QoS) paramétereit, amelyeket a bemutató létesítményben használnak. Átmérő protokollt használnak a Gx interfészben.
SGi: ezt az interfészt a P-GW és a külső hálózatok, például Internet-hozzáférés, vállalati hozzáférés stb. Határozzák meg.
Sxb: a 3GPP Rel.14 óta az Sx interfészt és a hozzá tartozó PFCP protokollt hozzáadták a PGW-hez, lehetővé téve a vezérlő felhasználói sík elválasztását a PGW-C és a PGW-U között.

Hangszolgáltatások és SMS támogatás

Az EPC csak csomagokból álló törzshálózat. Nincs áramkörrel kapcsolt tartománya, amelyet hagyományosan telefonhívásokhoz és SMS-ekhez használnak .

A hangszolgáltatások támogatása az EPC-ben

A 3GPP két megoldást adott meg a hang számára:

IMS : Az IMS Voice over IP megoldást a Rel-7 határozta meg.
Áramkör-kapcsolt tartalék (CSFB) : A hívások kezdeményezése vagy fogadása érdekében az UE rádió-hozzáférési technológiáját LTE- ről 2G / 3G-technológiára változtatja, amely támogatja az áramkörrel kapcsolt szolgáltatásokat. Ehhez a funkcióhoz 2G / 3G lefedettség szükséges. Új interfészre van szükség (az úgynevezett SG-k) az MME és az MSC között. Ezt a funkciót a Rel-8 fejlesztette ki.

Az SMS-szolgáltatások támogatása az EPC-ben

A 3GPP három megoldást adott meg az SMS-ek számára:

IMS : Az IP-n keresztüli SMS-re vonatkozó megoldást a Rel-7 határozta meg.
SMS over SGs : ehhez a megoldáshoz az SGs interfészre van szükség, amelyet a CSFB-n végzett munka során vezettek be. Az SMS-eket a Non Access Stratum szolgáltatja LTE-n keresztül. Az SMS küldéséhez vagy fogadásához nincs rendszerközi változás. Ezt a funkciót a Rel-8 adta meg.
SMS SGd-n keresztül : ehhez a megoldáshoz az MMD-nél SGd-átmérő interfészre van szükség, és az SMS-t az Non Access Stratum-ban továbbítja LTE-n keresztül, anélkül, hogy a teljes jelzésre szükség lenne sem a CSFB-t végző régi MSC-re, sem az IMS-jelzéshez társított rezsire és a kapcsolódó EPC-hordozóra. menedzsment.

A CSFB-t és az SG-n keresztüli SMS-eket ideiglenes megoldásoknak tekintik, hosszú távon az IMS-nek .

Több hozzáférési hálózat

Az UE több hozzáférési technológia segítségével csatlakozhat az EPC-hez. Ezek a hozzáférési technológiák a következőkből állnak:

3GPP hozzáférések : ezeket a hozzáférési technológiákat a 3GPP határozza meg . Ide tartoznak a GPRS , az UMTS , az EDGE , a HSPA , az LTE és az LTE Advanced .
nem 3GPP hozzáférések : ezeket a hozzáférési technológiákat a 3GPP nem határozza meg . Olyan technológiákat tartalmaznak, mint a cdma2000 , a WiFi vagy a vezetékes hálózatok. A 3GPP a nem 3GPP hozzáférési technológiák két osztályát határozza meg, különböző biztonsági mechanizmusokkal:
- megbízható hozzáférések , amelyeket a hálózat üzemeltetője biztonsági szempontból megbízhatónak tart (például: cdma2000 hálózat). Megbízható, nem 3GPP hozzáférés közvetlenül az interfészhez a hálózathoz.
- nem megbízható hozzáférések , amelyeket a hálózat üzemeltetője biztonsági szempontból nem tart megbízhatónak (például nyilvános WiFi hotspoton keresztüli kapcsolat). A nem megbízható, nem 3GPP hozzáférések egy ePDG-n keresztül kapcsolódnak a hálózathoz, amely további biztonsági mechanizmusokat biztosít ( IPsec alagút).

A hálózat üzemeltetőjének kell eldöntenie, hogy a nem 3GPP hozzáférési technológia megbízható vagy nem megbízható.

Érdemes megjegyezni, hogy ezek a megbízható / nem megbízható kategóriák nem vonatkoznak a 3GPP hozzáférésekre.

3GPP kiadások

A 3GPP párhuzamos kiadásokkal szállítja a szabványokat, amelyek következetes specifikációkat és szolgáltatásokat tartalmaznak.

Változat	Megengedett	Info
7. kiadás	2007. negyedik negyedév	Megvalósíthatósági tanulmány az All-IP hálózaton (AIPN)
8. kiadás	2008. negyedik negyedév	Az EPC első kiadása . SAE specifikáció: magas szintű funkciók, LTE és más 3GPP hozzáférések támogatása, nem 3GPP hozzáférések támogatása, rendszerek közötti mobilitás, Single Radio Voice Call Continuity (SRVCC), CS tartalék. Földrengés és szökőár-figyelmeztető rendszer (ETWS). A Home Node B / Home eNode B támogatása .
9. kiadás	2009. negyedik negyedév	LCS vezérlő sík az EPS számára . Az IMS segélyhívások támogatása GPRS-en és EPS-en keresztül . Fejlesztések gazdacsomópont B / Fő eNode B . Nyilvános figyelmeztető rendszer (PWS).
10. kiadás	2011. I. negyedév	Hálózati fejlesztések a gép típusú kommunikációhoz. Különböző tehermentesítési mechanizmusok ( LIPA , SIPTO , IFOM ).
11. kiadás	2012. harmadik negyedév	További fejlesztések a gép típusú kommunikáció terén. Az USSD szimulációja az IMS-ben. QoS-ellenőrzés az előfizetők költési korlátai alapján. További fejlesztések a LIPA-ban és a SIPTO-ban. Egyetlen rádió videohívás folytonossága (vSRVCC). Egyetlen rádió hanghívás folytonossága UTRAN / GERAN-tól HSPA / E-UTRAN-ig (rSRVCC). A szélessávú fórum hozzáféréseivel való együttműködés támogatása .
12. kiadás	2015 Q1	Fokozott kicsi cellás működés, Carrier Aggregation (2 felfelé irányuló vivő, 3 downlink vivő, FDD / TDD vivő aggregáció), MIMO (3D csatorna modellezés, magassugár alakítás, masszív MIMO), MTC - UE Cat 0 bevezetése, D2D kommunikáció, eMBMS fejlesztések.
13. kiadás	2016. I. negyedév	Bevezetett LTE-U / LTE-LAA, LTE-M, Tengerszint feletti magasságformálás / Teljes dimenziós MIMO, Beltéri pozicionálás, LTE-M Cat 1.4 MHz & Cat 200 kHz

További irodalom

Lásd még

Hivatkozások

Az LTE fehér könyve: "Hosszú távú evolúció (LTE): Műszaki áttekintés" (PDF) . Motorola.
Stratégiai fehér könyv: "Bevezetés a fejlett csomagmagba" (PDF) . Alcatel-Lucent. Archiválva az eredetiből (PDF) , 2012.05.26. CS1 maint: nem javasolt paraméter ( link )
Műszaki fehér könyv: "Fejlett csomagmagmegoldás: innováció az LTE magban" (PDF) . Alcatel-Lucent. Archiválva az eredetiből (PDF) , 2012.05.26. CS1 maint: nem javasolt paraméter ( link )
3GPP TS 32.240: Távközlés menedzsment; Díjkezelés; Töltési architektúra és alapelvek . portal.3gpp.org.

Languages

In other projects