WCDMA UTRAN Giao diện và thủ tục báo hiệu

WCDMA UTRAN Giao diện và thủ tục báo hiệu Mục tiêu của khoá học Sau khi hoàn thiện khoá học này, học viên có thế: Hiểu được cấu trúc UTRAN và giao diện UTRAN Hiểu được định nghĩa về các phần tử mạng UTRAN Hiểu được thủ tục báo hiệu UTRAN Nội dung Tổng quan mạng UTRAN Các khái niệm cơ bản về UTRAN Thủ tục báo hiệu UTRAN Nội dung Tổng quan mạng UTRAN Các khái niệm cơ bản về UTRAN Thủ tục báo hiệu UTRAN Vị trí của UTRAN trong mạng WCDMA Cấu trúc mạng UMTS UTRAN UMTS Terrestrial Radio Access Network CN Core Network UE User Equipment Cấu trúc mạng UMTS … Giao diện Uu Mô hình giao thức của giao diện UTRAN Cấu trúc này dựa trên nguyên tắc: các lớp giao thức và các mặt phẳng (mặt điều khiển và mặt dịch vụ) độc lập với nhau về mặt logic. Mô hình giao thức của giao diện UTRAN … Control Plane: mặt điều khiển Mặt điều khiển được sử dụng cho tất cả báo hiệu điều khiển đặc thù của UMTS, bao gồm: Giao thức Ứng dụng và Lớp mang Báo hiệu để truyền tải các bản tin Giao thức Ứng dụng. Giao thức Ứng dụng được sử dụng để thiết lập các kênh mang tới UE (ví dụ, Kênh mang Truy nhập Vô tuyến trên Iu và sau đó là Kết nối Vô tuyến trên Iur và Iub). Mô hình giao thức của giao diện UTRAN … User Plane - Mặt Dịch vụ Tất cả các thông tin gửi đi và nhận được bởi người sử dụng, như thoại được mã hoá trong một cuộc gọi thoại hoặc các gói dữ liệu trong một kết nối Internetm được truyền tải thông qua Mặt Dịch. Mặt Dịch vụ bao gồm các Luồng Dữ liệu, và Kênh mang Dữ liệu cho các Luồng Dữ liệu. Mỗi Luồng Dữ liệu được mô tả bởi một hoặc nhiều giao thức khung đặc thù cho giao diện đó. Mô hình giao thức của giao diện UTRAN … AAl2 và AAL5: Trên lớp ATM, chúng ta thường thấy một lớp thích ứng ATM gọi là AAL. Chức năng của nó là để xử lý dữ liệu từ các lớp cao hơn của truyền tải ATM. Tại đầu phát, dữ liệu được AAL chia thành các gói 48-byte và tại đầu thu, dữ liệu sẽ được ráp lại để tái tạo khung dữ liệu ban đầu. Có 5 loại AAL khác nhau (0, 1, 2, 3/4, and 5). AAL0 nghĩa là không cần thích ứng. Các lớp thích ứng khác có các đặc tính khác nhau dựa vào ba loại tham số: Yêu cầu về thời gian thực; Tốc độ bit không đổi hoặc thay đổi; Truyền tải dữ liệu hướng kết nối hoặc không hướng kết nối. Mô hình giao thức của giao diện UTRAN … Việc sử dụng giao thức ATM được thúc đẩy bởi tổ chức ATM Forum. Giao diện Iu sử dụng hai loại AAL: AAL2 và AAL5. AAL2 được thiết kế cho truyền tải các luồng dữ liệu hướng kết nối (connection oriented) có thời gian thực và tốc độ bit thay đổi. AAL5 được thiết kế cho truyền tải các luồng dữ liệu không hướng kết nối có tốc độ bit thay đổi. Giao thức Ứng dụng Mặt điều khiển RNL (Radio Network Layer) NBAP ：Node B Application Part RANAP：Radio Access Network Application Part RNSAP：Radio Network Subsystem Application Part RRC ：Radio Resource Control Giao thức Ứng dụng Mặt điều khiển RNL … RANAP la giao thức báo hiệu trên giao diện Iu, mang tất cả thông tin điều khiển đặc thù cho Lớp Mạng Vô tuyến RNSAP là giao thức báo hiệu trên giao diện Iur, mang tất cả thông tin điều khiển đặc thù cho Lớp Mạng Vô Tuyến. NBAP là giao thức điều khiển trên giao diện Iub, mang tất cả thông tin đặc thù cho Lớp Mạng Vô tuyến. RRC là giao thức báo hiệu trên giao diện Uu, RRC nằm ở lớp 3 của giao diện Uu. Giao diện Iu-CS Giao diện Iu-CS … Cấu trúc giao thức cho Iu CS Cấu trúc giao thức tổng thể của giao diện Iu CS được mô tả ở trang trước. Có 3 mặt phẳng trên giao diện Iu chia sẻ cùng một lớp truyền tải ATM chung. Lớp vật lý là giao diện với môi trường vật lý: cáp quang, kết nối vô tuyến hoặc cáp đồng. Việc triển khai lớp vật lý có thể lựa chọn các công nghệ truyền dẫn như SONET, STM1, hoặc E1. Giao diện Iu-CS … Ngăn xếp giao thức Mặt Điều khiển Iu CS Ngăn xêp giao thức Mặt Điều khiển bao gồm RANAP, nằm ngay trên các giao thức SS7. Các lớp ứng dụng bao gồm Signalling Connection Control Part (SCCP), Message Transfer Part (MTP3-b) và SAAL-NNI (Signalling ATM Adaptation Layer for Network to Network Interfaces). SAAL-NNI được chia nhỏ thành các lớp Service Specific Coordination Function (SSCF), Service Specific Connection Oriented (SSCOP) và ATM Adaptation Layer 5 (AAL). Các lớp SSCF và SSCOP được thiết kế đặc thù cho truyền tải báo hiệu trong mạng ATM, và thực hiệu các chức năng như quản lý kết nối báo hiệu. AAL5 được sử dụng để phân mảnh dữ liệu thành các tế bào ATM. Giao diện Iu-CS … Ngăn xếp Giao thức Mặt Điều khiển Mạng Truyền tải Iu CS Ngăn xếp giao thức mặt điều khiển mạng truyền tải bao gồm Giao thức Báo hiệu để thiết lập kết nối AAL2 (Q.2630.1 và lớp thích ứng Q.2150.1), nằm trên đỉnh của các giao thức BB SS7. Ngăn xếp giao thức Mặt Dữ liệu Iu CS Một kết nối AAL2 dành riêng được cấp phát cho mỗi dịch vụ CS. Giao diện Iu-PS Giao diện Iu-PS … Cấu trúc giao thức của Iu PS Cấu trúc giao thức của Iu PS được trình bày trong trang trước. Trong đó, một lớp truyền tải ATM chung được sử dụng cho cả Mặt Điều khiển và Mặt Dữ Liệu. Lớp vật lý cũng được mô tả giống với giao điện Iu CS. Giao diện Iu-PS … Ngăn xếp Giao thức Mặt Điều khiển Iu PS Ngăn xếp giao thức Mặt Điều khiển bao gồm RANAP, và cũng là lớp mang báo hiệu dựa trên BB SS7. Lớp mang dựa trên IP cũng được giới thiệu như một tuỳ chọn, tron đó lớp SCCP cũng được sử dụng chung cho cả hai. Lớp mang báo hiệu dựa trên IP bao gồm M3UA (SS7 MTP3 – User Adaptation Layer), SCTP (Simple Control Transmission Protocol), IP (Internet Protocol), và AAL5 là lớp được sử dụng chung cho cả hai trường hợp. Lớp SCTP được thiết kế chuyên dùng cho truyền tải báo hiệu trong Internet. Các lớp thích ứng cụ thể đặc thù cho các loại báo hiệu khác nhau, như M3UA cho báo hiệu dựa trên SS7. Giao diện Iu-PS … Ngăn xếp Giao thức Mặt Điều khiển Iu PS Mặt Điều khiển Mạng Truyền tải không được sử dụng cho Iu PS. Việc thiết lập GTP tunnel chỉ yêu cầu một Identifier cho tunnel đó, và các địa chỉ IP cho cả hai hướng, và các tham số này nằm trong các bản tin RANAP RAB Assignment. Giao diện Iu-PS … Ngăn xếp Giao thức Mặt Dữ liệu Iu PS Trong Mặt Dữ liệu Iu PS, nhiều luồng dữ liệu gói được gép kênh vào một hoặc vài AAL5 PVC. Lớp GTP-U (User Plane part of the GPRS Tunneling Protocol) là lớp ghép kênh cung cấp các nhận dạng (identities) cho mỗi luồng dữ liệu gói riêng biệt. Mỗi luồng sử dụng truyền tải không hướng kết nối UDP và và đánh địa chỉ IP. Giao diện Iub Giao diện Iur Giao diện Iur được sử dụng để kết nối hai RNC với nhau. Ngăn xếp giao thức của Iur như trên hình vẽ. Giao thức RNSAP là giao thức báo hiệu định nghĩa cho giao diện Iur. Nội dung Tổng quan mạng UTRAN Các khái niệm cơ bản về UTRAN Thủ tục báo hiệu UTRAN SRNC/DRNC SRNC và DRNC đóng vai trò giao tiếp giữa UE và UTRAN SRNC xử lý kết nối tới một UE, và có thể mượn các tài nguyên vô tuyến của một cell nào đó từ DRNC Drift RNCs hỗ trợ Serving RNC bằng cách cung cấp các tài nguyên vô tuyến Một UE trong trạng thái kết nối có tối thiểu một và chỉ một SRNC, nhưng có thể có 0 hoặc nhiều DRNCs CN SRNC DRNC Iu Iur CRNC CRNC sở hữu các tài nguyên vô tuyến của một cell SRNC điều khiển công suất một cách mềm dẻo cho các kênh dành riêng, nằm trong giới hạn quản lý của CRNC. Iub Node B Cell Cell Cell Node B ... Iu CRNC CN RAB, RB và RL RAB: là dịch vụ do lớp truy nhập cung cấp cho lớp trên để truyền tải dữ liệu người sử dụng giữa UE và CN RB: là dịch vụ do lớp 2 cung cấp để truyền tải dữ liệu người sử dụng giữa UE và Serving RNC RL: “Radio Link" là một sự kết hợp logic giữa một UE và một Node B của mạng UTRAN. RL được thực hiện về mặt vật lý bởi một hoặc nhiều kênh mang. Các Chế độ Làm việc và Trạng thái của UE Idle mode - chế độ rỗi Connected mode - chế độ kết nối Cell_DCH Cell_FACH Cell_PCH URA_PCH Idle Mode - Chế độ rỗi UE không có kết nối với UTRAN, chỉ có kết nối tới CN. Đối với truyền tải dữ liệu, cần phải thiết lập một kết nối báo hiệu. Khi UE nằm trong một cell UE được phép nhận thông tin hệ thống từ PLMN Khi đã được đăng nhập và nếu UE muốn thiết lập một kết nối RRC, UE có thể thực hiện bằng cách truy nhập mạng bằng các kênh điều khiển của Cell đó UE có thể nhận bản tin "paging" từ các kênh điều khiển của Cell. UE được phép nhận cácc dịch vụ quảng bá cell. Các tác vụ trong chế độ idle mode có thể được chia thành ba loại: Lựa chọn và lựa chọn lại mạng PLMN; Lựa chọn và lựa chọn lại Cell; Thông báo thông tin vị trí (Location registration). Connected Mode - Chế độ Kết nối Khi có ít nhất một kết nối báo hiệu tồn tại, UE đang ở chế độ connected mode. Trong chế độ này, thông thường có một kết nối RRC giữa UE và UTRAN. Vị trí UE có thể được biết đến theo các mức khác nhau: Mức URA - UTRAN Registration Area (URA) levelVị trí UE được biết ở mức URA. URA là một tập của các cell. Mức Cell - Cell levelVị trí UE được biết ở mức cell. Có thể sử dụng các loại kênh truyền tải khác nhau để truyền tải dữ liệu: Kênh truyền tải chung - Common transport channels (RACH / FACH, DSCH, CPCH) Kênh truyền tải dành riêng - Dedicated transport channels (DCH) Connected Mode … Nếu có một lượng dữ liệu lớn cần được truyền đi, nó phải được cấp phápt kênh dành riêng. Do đó, UE sẽ nằm trong trạng thái Cell-DCH. UE trong trạng thái Cell-DCH có nghĩa là UE trao đổi thông tin với UTRAN thông qua DCH (downlink and uplink) Cell-DCH Sử dụng trong trạng thái tích cực - active state Sử dụng để trao đổi thông tin qua các kênh dành riêng UTRAN biết UE đang ở cell nào. Connected Mode … Nếu chỉ có một lượng dữ liệu nhỏ cần truyền đi, hệ thống không cần thiết phải cấp phápt kênh dành riêng. Do đó, UE sẽ nằm trong trạng thái Cell-FACH. UE trong trạng thái Cell-FACH có nghã là nó sử dụng kênh FACH (downlink) và RACH (uplink) để trao đổi thông tin với UTRAN. UE cần phải giám sát FACH để biết thông tin liên quan đến nó bởi vì FACH là kênh chia sẻ cho tất cả mọi người sử dụng trong cell đó. Cell-FACH Sử dụng trong trạng thái tích cực - active state Sử dụng khi truyền lượng dữ liệu nhỏ ở cả uplink và downlink. Không cần thiết phải cấp phát kênh dành riêng cho UE này. Downlink sử dụng FACH và ulink sử dụng RACH. UE cần giám sát FACH để biết thông tin liên quan đến nó. UTRAN biết vị trí UE ở cell nào. Connected Mode … Cell-PCH, trong chế độ này: Không có dữ liệu cần truyền đi hoặc nhận được. Giám sát PICH, để nhận tìm gọi tới UE. Giảm công suất tiêu thụ của UE. UTRAN biết UE đang ở Cell nào. UTRAN phải cập nhật thông tin Cell khi UE nhảy sang Cell khác. Connected Mode … URA-PCH Không có dữ liệu cần truyền đi hoặc nhận được. Giám sát PICH. UTRAN chỉ biết UE đang ở URA nào URA (UTRAN Registration Area, nó bao bồm nhiều Cell). UTRAN cập nhật thông tin UE chỉ sau khi UE vừa nhảy tới URA khác. Là một cách tốt hơn để giảm sự chiếm dụng tài nguyên và truyền báo hiệu. Các trạng thái của UE - UE States CELL_DCH CELL_FACH CELL_PCH URA_PCH IDLE DEAD - Scanning networks (PLMN) - ”Camp on” cell - Monitor paging channel - cell re-selection - Dedicated Channel - Radio bearers Transmission Services - upper layer Signaling trigger (CN) - Reduce action，DTX，and save power RRC connection RNTI - Radio Network Temporary Identifier Có 5 loại RNTI tồn tại Serving RNC RNTI (S-RNTI) Drift RNC RNTI (D-RNTI) Cell RNTI (C-RNTI) UTRAN RNTI (U-RNTI) HS-DSCH RNTI (H-RNTI) Nội dung Tổng quan mạng UTRAN Các khái niệm cơ bản về UTRAN Thủ tục báo hiệu UTRAN Nội dung Thủ tục báo hiệu UTRAN 3.1 Cell Setup - thiết lập cuộc gọi 3.2 System Information Broadcast - Quảng bá thông tin hệ thống 3.3 Paging – Tìm gọi 3.4 Call Process - xử lý cuộc gọi 3.5 Handover - Chuyển giao Giới thiệu Xử lý Cuộc gọi Trong hệ thống WCDMA, một tiến trình xử lý cuộc gọi bao gồm các thủ tục báo hiệu cơ bản sau đầy: RRC connection flow - thủ tục kết nối RRC Iu interface signaling flow – thủ tục báo hiệu giao diện Iu Authentication flow (optional) - thủ tục nhận thực (tuỳ chọn) Security flow (optional) - thủ tục bảo mật (tuỳ chọn) RAB establish flow - thủ tục thiết lập RAB Call proceeding - thủ tục thiết lập cuộc gọi NAS signaling before correlative bearer release – báo hiệu NAS trước khi giải phóng kênh mang. Correlative bearer release - giải phóng kênh mang Thiết lập kết nối báo hiệu giao diện Iu Trên giao diện Iu, lớp mạng vô tuyến báo cáo thông tin RANAP và NAS. Thông tin NAS được lấy trực tiếp từ bản tin của RANAP. Và tiến trình xử lý kết nối báo hiệu Iu là để thiết lập kết nối giao diện Iu của SCCP giữa RNC và CN. Node B RNC CN RRC RRC Initial DT Initial UE message (Connect Request) Connect Confirm RANAP Transport Network User Plane Control Plane SSCOP AAL5 MTP3b SCCP SSCF-NNI Thủ tục Nhận thực và Bảo mật UE RNC CN Initial DT Initial UE Message DL DT (Authentication Request) DL DT (Authentication Request) DL DT (Authentication Request) DL DT (Authentication Request) Common ID Security Mode Command Security Mode Command Security Mode Command Security Mode Command RAB Assignment Common ID NAS Signaling (CS) UE bị gọi UE MSC CM Service Request RRC and NAS signaling Connection Setup Authentication Request Authentication Response Security Mode Command Security Mode Command RAB Assignment Setup Call Proceeding Alerting Connect Connect ACK Disconnect Release Release Complete UE chủ gọi UE MSC Paging Response Authentication Request Authentication Response Security Mode Command Security Mode Command RAB Assignment Setup Call Confirmed Alerting Connect Connect ACK Disconnect Release Release Complete Paging RRC and NAS signaling Connection Setup Nội dung UTRAN Signaling Procedure 3.1 Cell Setup - Thiết lập cell 3.2 System Information Broadcast - Quảng bá thông tin hệ thống 3.3 Paging – Tìm gọi 3.4 Call Process - Xử lý cuộc gọi 3.5 Handover - chuyển giao Các khái niệm về chuyển giao mềm Chuyển giao mềm: giữ liệu từ các NodeB khác nhau sẽ được kết hợp với nhau tại RNC. Softer handover: dữ liệu từ các cell khác nhau, nhưng thuộc cùng một NodeB được kết hợp với nhau tại NodeB. Thủ tục chuyển giao mềm hơn Core Network Kết hợp tại NodeB Thủ tục chuyển giao mềm hơn … Core Network Thủ tục chuyển giao mềm trong một RNC Core Network Thủ tục chuyển giao mềm giữa các RNC (SRNC-DRNC) Thủ tục chuyển giao mềm (Chuyển đổi SRNC) Node B Serving RNC RNC Core Network Trước khi Handover Sau khi Handover Trong khi Handover Thủ tục chuyển giao mềm（Nội bộ RNC) CN CN CN Trước khi Handover Sau khi Handover Các Radio Link không thể tồn tại đồng thời Chuyển giao cứng (Nội bộ RNC) CN CN Chuyển đổi SRNC SRNS Core Network Iu DRNS Iur UE RNS Core Network Iu SRNS UE Sau khi chuyển đổi SRNS Trước khi chuyển đổi SRNS Cells