4G сотали тизимлари 11-маъруза

LTE тармоқларини қуриш ва ишлаш принциплари

LTE радиоинтерфейси 300 Мбит/сдан ортиқ максимал маълумотларни узатиш тезлиги, 10 мсдан кам пакетларни қайта узатилиши кечикиш вақти, шунингдек сезиларли юқорироқ спектрал самарадорликни таъминлайди. LTE тизимлари операторлардаги янги ва мавжуд бўлган частоталар полосаларида ишлатилиши мумкин.
LTE технологияси мос аппаратли ва дастурий қўллашга эга бўлиш билан абонентлар терминалини UMTS, CDMA2000, WiMAX тармоқлари, шунингдек GSM ёки IS-95 тармоқлари билан мослашувчанлигини таъминлайди.
LTE тармоқларининг архитектураси қуйидаги умумий принциплар орқали қониқтирилади:
- фойдаланувчилар маълумотлари ва хизмат маълумотларини узатиш транспорт нимтармоқлари мантиқий ажратилган;
- радиоуланиш тармоғи ва базавий пакетли тармоқ бу тармоқларда ишлатиладиган транспорт функциялари, манзиллаштириш схемаларидан тўлиқ озод этилган, транспорт функцияларини ишлатилишида фойдаланиладиган манзиллаштириш схемаларига боғлиқ бўлмаслиги керак;
- абонентлар ва фойдаланувчилар терминалларининг мобилликларини бошқариш тўлиқ радиоуланиш тармоғига юкланган;
- радиоуланиш тармоғи интерфейсларининг функционал ажратилиши бир неча бўлиши мумкин опцияларга эга бўлиши керак;
- интерфейслар бу интерфейс билан бошқариладиган блокнинг мантиқий моделига асосланиши керак;
- тармоқнинг битта физик элементи ўзида бир неча мантиқий блокларни ишлатилишига эга бўлиши керак.
LTE тармоғининг архитектураси шундай тарзда ишлаб чиқилганки, у чоксиз мобиллик дейиладиган моббилликли, пакетларни етказилишини минимал кечикишили ва хизмат кўрсатиш сифатининг юқори кўрсаткичларили пакетли трафикни қўлланилишини таъминлайди.
Тармоқ функцияси сифатида мобиллик унинг иккита функциялари -дискрет мобиллик (роуминг) ва узлуксиз мобиллик (хэндовер) орқали таъминланади. Бинобарин, LTE тармоқлари барча мавжуд тармоқлар билан роуминг ва хэндовер процедураларини қўллаши керак, LTE-абонентлар (терминаллар) учун ҳамма жойда симсиз кенг полосали хизматлар қамраб олиши таъминланиши керак.
Пакетли узатиш барча хизматларни, шу жумладан фойдаланувчилар овозли трафигини узатилишини таъминлашга имкон беради. Тармоқ тугунларининг етарлича юқори ҳар хил турлилиги ва иерархиклиги кузатиладиган (тақсимланган тармоқ жавобгарлиги дейиладиган) олдинги авлодлар кўплаб тармоқларидан фарқли равишда LTE тармоқлари архитектурасини текис деб ҳисоблаг мумкин, чунки деярли бутун тармоқ ўзар таъсирлашиш иккита БС (базавий станция) ва МББ (мобилликни бошқариш боки) тугунлари орасида бўлиб ўтади. БС техник спецификацияларда B-тугун (Node-B, eNB) дейилади, МББ (MME, Mobility Management Entity)эса ишлатилиши бўйича Ш (GW, Gateway) шлюзни ўз ичига олади, яъни MME/GW комбинацияланган блоклар ўз ўрнига эга бўлади.
Олдинги авлодлар тармоқларида жуда сезиларли ролни ўйнаган радиотармоқ контроллери маълумотлар оқимини бошқаришдан озод этилган (у ҳатто тузилиш схемаларида мавжуд бўлмайди), унинг анъанавий функциялари – радиоресурсларни бошқариш, сарлавҳаларни сиқиш, шифрлаш, пакетларни ишончли узатилиши эса тўғридан-тўғри БСга юкланган.
МББ фақат тармоқ сигнализацияси дейиладиган хизмат маълумотлари билан ишлайди, шундай экан фойдаланувчилар маълумотларига эга бўлган IP-пакетлар у орқали ўтмайди. Бундай алоҳида сигнализация блокининг бўлиши авзаллиги шундан иборатки, тармоқнинг ўтказиш қобилиятини боғлиқ бўлмаган ҳолда ҳам фойдаланувчилар трафиги, ҳам хизмат маълумотлари учун кенгайтириш мумкин. МББнинг асосий функцияси кутиш режимида бўлган фойдаланувчилар терминалини (ФТ) бошқариш, шу жумладан чақирувларни қайта йўналтириш ва бажариш, муаллифлаштириш ва аутентификациялаш, роуминг ва хэндовер, хизмат ва фойдаланувчилар каналларини ўрнатиш ҳисобланади.
Барча тармоқ шлюзлари орасида ХКШ хизмат кўрсатувчи шлюз (S-GW, Serving Gateway) ва пакетли тармоқ шлюзи (P-GW, Packet Data Network Gateway) ёки пакетли шлюз (ПШ) алоҳида ажратилган. ХКШ БСга ва у хизматкўрсатадиган ФТларга тегишли бўлган маълумотлар пакетларини қабул қилиш ва қайта узатиш билан локал мобилликни бошқариш блоки сифатида ишлайди. ПШ БС ва турли ташқи тармоқлар тўпламилари орасидаги интерфейс ҳисобланади, шунингдек IP-тармоқларнинг манзилларни тақсимлаш, фойдаланиш сиёсатини таъминлаш, пакетларни маршрутлаштириш, фильтрлаш ва бошқалар каби айрим функцияларини бажаради.
Кўплаб учинчи авлод тармоқларидаги каби LTE тармоқларини қуриш принциплари асосига иккита жиҳатлар - алоҳида тармоқ блокларини физик ишлатилиши ва улар орасида функционал алоқаларни шакллантиришни ажратиш қўйилган. Бунда физик ажратиш масаласи соҳа (domain) концепциясидан келиб чиқиб ҳал этилади, функционал алоқалар эса қатлам (stratum) доирасида кўриб чиқилади.
Физик даражадаги биринчи ажратиш тармоқ архитектурасини фойдаланувчилар қурилмалари соҳасига (UED, User Equipment Domain) ва тармоқ интфратузилмаси соҳасига (ID, Infrastructure Domain) бўлиш ҳисобланади. Тармоқ интфратузилмаси соҳаси, ўз навбатида, радиоуланиш нимтизимига (E-UTRAN, Evolved Universal Terrestrial Radio Access Network) ва базавий (пакетли) нимтармоққа (EPC, Evolved Packet Core) бўлинади.
Фойдаланувчилар қурилмалари бу LTE-хизматларга уланиш учун тармоқ абонентлари ишлатадиган турли функционал имкониятлари даражаларили ФТлар ҳисобланади. Бунда фойдаланувчи терминали сифатида ҳам мисол учун овозли трафикдан фойдаланадиган реал абонент, ҳам маълум тармоқ ёки фойдаланиш иловаларини узатиш ёки қабул қилиш учун мўлжалланган эгасиз қурилма бўлиши мумкин.
11.1-расмда LTE тармоғининг умумлаштирилган схемаси тасвирланган, ундан функционал алоқаларнинг иккита қатламлари – радиоуланиш қатлами (AS, Access Stratum) ва ташқи радиоуланиш қатлами (NAS, Non-Access Stratum) кўрниб турибди. 11.1-расмда тасвирланган кўрсаткичли оваллар хизматларга уланиш нуқталарини белгилайди.
UE фойдаланувчилар қурилмалари соҳаси ва UTRAN радиоуланиш тармоғи соҳаси орасидаги бирлашиш Uu-интерфейс, радиоуланиш тармоғи соҳаси ва EPC базавий соҳа орасидаги бирлашиш S1-интерфейс дейилади. Uu ва S1интерфейсларга кирадиган турли протоколларнинг таркиби ва ишлаши фойдаланиш (UP, User Plane) ва бошқариш (CP, Control Plane) текисликларига бўлинган.

11.1-расм. LTE тармоғининг умумлаштиришган тузилиш схемаси

Уланиш қатламидан ташқарида базавий тармоқда мобилликни бошқариш механизми (EMM, EPC Mobility Management) ишлайди.

Фойдаланиш протоколида фойдаланувчилар маълумотларини радиоканал бўйича узатилишини таъминлайдиган протоколлар ишлатилади. Бошқариш текислигига турли жиҳатларда ФТ ва таромқнинг уланишини таъминлайдиган протоколлар киради. Шунингдек бу текисликка турли хизматларни кўрсатилишига тегишли бўлган хабарларни транспарент (очиқ) узатилиши учун мўлжалланган протоколлар киради.
Радиоуланиш тармоғи соҳаси мантиқан икки соҳаларга – радиотармоқ даражаси (RNL, Radio Network Layer) ва транспорт тармоғи даражасига (TNL, Transport Network Layer) бўлинади. Радиоуланиш тармоғи соҳасига кирадиган БСларнинг ўзаро таъсирлашиши 11.2-расмда кўрсатилганидек X2-интерфейс асосида амалга оширилади. Бундан ташқари, базавий станциялар орасида ва базавий тармоқ билан мобилликни бошқариш блоки (S1-MM-интерфейс) ёки хизмат кўрсатиш тугуни (S1-U-интерфейс) орқали транзит боғлаш ўз ўрнига эга (11.2-расмда кўрсатилмаган). Шундай қилиб, S1-интерфейс БСлар ва МББ/ОТлар тўпламларини кўплат муносабатларини таъминлайди.

11.2-расм. Радиоуланиш тармоғи функционал тугунларининг уланиши

LTE тармоқларида базавий станцияларга қуйидаги функцияларни бажариш юкланган:

- кирувчи ва чиқувчи йўналишларда радиоресурсларни бошқариш, радиоканалларни бошқариш, ресурсларни динамик тақсимлаш;
- IP-пакетлар сарлавҳаларини сиқиш, фойдаланувчилар маълумотлари оқимларини шифрлаш;
- олдинги уланиш ҳақида маълумот бўлмаганида фойдаланувчи терминалини тармоққа уланишида мобилликни бошқариш блокини танлаш;
- фойдаланиш текислигида маълумотлар пакетларини хизмат кўрсатувчи шлюз йўналиши бўйича маршрутлаштириш;
- МББдан олинган чақирув ва тарқатиш маълумотларини диспетчерлаштириш ёки узатиш;
- МББдан олинган PWS (Public Warning System, тревогали огоҳлантириш тизими) хабарларини диспетчерлаштириш ва узатиш;
- мобиллик ва диспетчерлаштиришни бошқариш учун мос ҳисобларни ўлчаш ва тузиш.
Мобилликни бошқариш блоки қуйидаги функцияларни бажарилишини таъминлайди:
- хизматларга уланиш нуқталари ҳақидаги ҳимояланган маълумотларни узатиш ва уланиш нуқталарини ҳимояланган бошқариш;
- турли радиоуланиш тармоқлари орасида мобилликни бошқариш учун базавий тармоққа маълумотларни узатиш;
- кутиш, шу жумладан чқаирувларни қайта йўналтириш ҳолатида бўлган базавий станцияларни бошқариш;
- турли стандартлар радиоуланиш тармоқлари учун хизмат кўрсатиш шлюзи ва пакетли тармоқ шлюзини танлаш;
- хэндовер бажарилишида янги мобилликни бошқариш блокини танлаш;
- роуминг;
- аутентификациялаш;
- радиоканални, шу жумладан, ажратилган канални ўрнатилишини бошқариш;
- PWS хабарларини узатилишини таъминлаш.
Хизмат кўрсатувчи тугун қуйидаги функцияларни бажарилишига жавоб беради:
- хэндоверда локал жойлашиш ўрнини боғлаш нуқтасини танлаш (Local Mobility Anchor);
- кутиш режимида бўлган ФТлар учун мўлжалланган чиқувчи йўналишда маълумотлар пакетларини буферлаштириш ва хизматлар сўраш процедурасини инициализациялаш;
- фойдаланувчилар маълумотларини рухсат этилган қўлга киритиш;
- маълумотлар пакеларини маршрутлаштириш ва қайта йўналтириш;
- транспорт даражаси пакетларини белгилаш;
- тарифлаштириш учун фойдаланувчилар ҳисобга олиш ёзувларини ва хизмат кўрсатиш сифати синфи идентификаторини шакллантириш;
- абонентларни тарифлаштириш.
Пакетли тармоқ шлюзи қуйидаги функцияларни бажарилишини таъминлайди:
- фойдаланувчилар пакетларини фильтрлаш;
- фойдаланувчилар маълумотларини рухсат этилган қўлга киритиш;
- ФТлар учун IP-манзилларни тақсимлаш;
- чиқувчи йўналишдатранспорт даражаси пакетларини белгилаш;
- хизматларни тарифлаштириш, уларни саралаш.