Laboratoriya ishi №6 lte tarmoq arxitekturasi ishning maqsadi

TURLI DARAJALARDA TAJROK ETILGAN PROTOKOL STEKLARI, KANALLARI VA XIZMATLAR
3-rasmda quyidagi qatlamlarga (quyi qatlamlarga) bo'lingan turli tekisliklarga tegishli protokollar to'plami ko'rsatilgan:
• jismoniy (PHY) qatlam;
• MAC muhitiga kirishni boshqarishning (kichik) darajasi (Medium Access Control);
• RLC radiokanal boshqaruvining (quyi) darajasi (Radio Link Control);
• PDCP (paketli ma'lumotlarni konvergentsiya protokoli) konvergentsiya protokolining (sub) qatlami
• RRC (Radio Resource Control) (sub) qavat;
• kirish sathidan tashqarida ishlaydigan protokolning pastki qavati (NAS protokoli).

Rasm 3. Foydalanuvchi tekisligida (a) va boshqaruv tekisligida (b) protokollar stegi.
3-rasmdan ko'rinib turibdiki, foydalanuvchi tekisligidagi MAC va RLC pastki qatlamlari boshqaruv tekisligidagi kabi funktsiyalarni bajaradi. RRC pastki qavatining funktsiyalari faqat boshqaruv tekisligi bilan cheklangan: bular tizim ma'lumotlarini uzatish, qo'ng'iroq qilish, radiokanalni boshqarish, ushbu pastki qatlamda ulanishni boshqarish, harakatchanlikni boshqarish, AT parametrlarini o'lchash bo'yicha boshqarish va hisobot berish.
Boshqaruv tekisligiga kirish qatlamidan tashqarida ma'lumot almashish protokoli (NAS protokoli) kiradi va MCU va PT o'rtasida lokalizatsiya qilinadi; u radiodan foydalanish muammolari bilan bog'liq bo'lmagan muammolarni hal qilish uchun mo'ljallangan: ma'lumotlarni uzatish kanallarini uchdan uchgacha boshqarish, foydalanuvchi ma'lumotlarini autentifikatsiya qilish va himoya qilish va boshqalar.
1-qavat (L1, Layer 1) deb ham ataladigan pastki jismoniy qatlamda ma'lumotlarni yuqori darajalarga uzatish xizmatlari amalga oshiriladi. Bunday xizmatlarning bajarilishi quyidagi funktsiyalarni ta'minlash bilan bog'liq.
• Transport kanalidagi xatolarni aniqlash va buni yuqori darajalarga ko'rsatish. 3-rasmdan ko'rinib turibdiki, foydalanuvchi tekisligidagi MAC va RLC pastki qatlamlari boshqaruv tekisligidagi kabi funktsiyalarni bajaradi. RRC pastki qavatining funktsiyalari faqat boshqaruv tekisligi bilan cheklangan: bular tizim ma'lumotlarini uzatish, qo'ng'iroq qilish, radiokanalni boshqarish, ushbu pastki qatlamda ulanishni boshqarish, harakatchanlikni boshqarish, AT parametrlarini o'lchash bo'yicha boshqarish va hisobot berish.
Boshqaruv tekisligiga kirish qatlamidan tashqarida ma'lumot almashish protokoli (NAS protokoli) kiradi va MCU va PT o'rtasida lokalizatsiya qilinadi; u radiodan foydalanish muammolari bilan bog'liq bo'lmagan muammolarni hal qilish uchun mo'ljallangan: ma'lumotlarni uzatish kanallarini uchdan uchgacha boshqarish, foydalanuvchi ma'lumotlarini autentifikatsiya qilish va himoya qilish va boshqalar.
1-qavat (L1, Layer 1) deb ham ataladigan pastki jismoniy qatlamda ma'lumotlarni yuqori darajalarga uzatish xizmatlari amalga oshiriladi. Bunday xizmatlarning bajarilishi quyidagi funktsiyalarni ta'minlash bilan bog'liq.
• Transport kanalidagi xatolarni aniqlash va buni yuqori darajalarga ko'rsatish.
• Og'irlik omillari yordamida jismoniy kanallarni energiya bilan moslashtirish.
• Jismoniy kanallarni modulyatsiya/demodulyatsiya qilish.
• Chastota va vaqtni sinxronlashtirish.
• RF xususiyatlarini o'lchash va buni yuqori darajalarga ko'rsatish.
• Turli xillikni uzatish va parallel antennani qayta ishlash (MIMO usullari, Multiple Input Multiple Output).
• Beamforming.
• RF signalini qayta ishlash.
Jismoniy qatlam va MAC pastki qavati o'rtasidagi xizmatga kirish nuqtalari transport kanallari orqali, MAC pastki qavati va RLC pastki qatlami o'rtasida esa mantiqiy kanallar orqali ta'minlanadi.
4-rasmda quyi va yuqori oqim yo'nalishlarida 2-qavat (L2, Layer 2) deb ham ataladigan bog'lanish qatlamining tuzilishi ko'rsatilgan; strukturaning quyi oqim yo'nalishida MAC pastki qavati bir nechta UT ning ustuvorligini boshqaradiganligi bilan farqlanadi, yuqori oqim yo'nalishida esa bunday boshqaruv faqat bitta UT uchun amal qiladi.
MAC pastki qavati quyidagi asosiy funktsiyalarni ta'minlaydi.
• Bir yoki bir nechta mantiqiy kanallar bilan bog'liq bo'lgan xizmat paketlarini (SDU, Service Data Unit) transport kanallarining transport bloklariga ko'paytirish va teskari funktsiyalarni bajarish.
• Hisobotlarni jo'natish.
• Qayta uzatish so'rovlari orqali xatolarni tuzatish.
• Mantiqiy kanallar orasidagi ustuvorlikni boshqarish.
• Multimedia eshittirish xizmatlarini aniqlash (MBMS, Multimedia Broadcast Multicast Service).
• Tashish formatini tanlash.
• Ma'lumotlar paketi tarkibini tekislash.


Rasm. 1.4. Bog'lanish qatlamining quyi oqim (a) va yuqori (b) yo'nalishlaridagi tuzilishi
RLC pastki qavatida ma'lumotlarni uzatish ikki rejimda amalga oshirilishi mumkin: tasdiqlash bilan (AM, Acknowledge Mode) yoki tasdiqlashsiz (UM, Unacknowledge Mode). Qabul qilinmagan rejim, radiokanalda foydalanilganda, ma'lumotlar paketlarini bir oz yo'qotishga imkon beradi. Tasdiqlangan rejim yo'qolgan paketlarni avtomatik ravishda qayta uzatishni so'rash mexanizmidan foydalanadi.
RLC pastki qavatiga quyidagi funksiyalar tayinlangan.
• Ma'lumotlar paketlarini yuqori darajaga o'tkazish.
• Qayta uzatish so'rovlari orqali xatolarni tuzatish (faqat tasdiqlangan rejimda).
• Xizmat paketlarini birlashtirish (zanjirlash), segmentlash va qayta yig'ish.
• Ma'lumotlar paketlarini qayta segmentlash (faqat e'tirof etilgan rejimda).
• Ma'lumotlar paketlari tartibini o'zgartirish.
• Xatolarni aniqlash protokolining ishlashi (faqat tasdiqlangan rejimda).
• Noto'g'ri tuzilgan xizmat paketlarini yo'q qilish.
• RLC darajasida qayta ulanish.
Keling, PDCP pastki qavatining funktsiyalarini sanab o'tamiz.
• ROHC (Robust Header Compression) protokoli yordamida sarlavhani siqish/qayta tiklash.
• Foydalanuvchi ma'lumotlarini uzatish.
• Yuqori qatlamli ma'lumotlar paketlarini ketma-ket yetkazib berish (taniqlangan rejimda).
• Pastki qatlamdan xizmat paketlarini ikki marta aniqlash (taniqlangan rejimda).
• Xizmat paketlarini topshirishda qayta uzatish (tasdiqlangan rejimda).
• Shifrlash / shifrni hal qilish.
• Yuqori oqim yo'nalishida buzilgan xizmat paketlarini tashlash.
• Boshqaruv ma'lumotlarini uzatish.
RRC pastki qavatining asosiy xizmatlari va funktsiyalari quyidagilarni o'z ichiga oladi.
• Ham kirish sathi, ham uning ko'rinishi bilan bog'liq bo'lgan eshittirish tizimi ma'lumotlari.
• Qo'ng'iroq qilish.
• PT va tarmoq o'rtasidagi RRC sublayeridagi ulanishni o'rnatish, tartibga solish va olib tashlash.
• Axborot xavfsizligi xususiyatlari, shu jumladan shifrlash kalitlarini boshqarish.
• Oxirgi radiokanalni o'rnatish, sozlash, sozlash va olib tashlash.
• Mobillikni boshqarish xususiyatlari.
• Multimedia eshittirish xizmatlarini tasdiqlash.
• Xizmat sifatini boshqarish.
• PTga tegishli parametrlarni o'lchash bo'yicha hisobotlarni tayyorlash.
• UT va kirish sathidan tashqari tarmoq hududi o'rtasida to'g'ridan-to'g'ri xabar almashish.
Turli xil tarmoq interfeyslarida ishlaydigan protokol steklarini ko'rib chiqing.
5 va 6-rasmlarda shunga o'xshash S1 va X2 protokollarining steklari ko'rsatilgan. BS va UE o'rtasida aniqlangan foydalanuvchi tekisligidagi S1 protokolining S1-U interfeysi foydalanuvchi ma'lumotlarini kafolatsiz yetkazib berishni ta'minlovchi GTP-U (GPRS Tunneling Protocol) paketli tunnel protokolidan foydalanadi. Ushbu IP protokoli juda oddiy bo'lib, har bir tugunlar to'plami o'rtasida bir nechta tunnellarni o'rnatishga imkon beradi.



Rasm. 5. Foydalanuvchi tekisligida (a) va boshqaruv tekisligida (b) S1 protokoli stekasi



Rasm. 6. Foydalanuvchi tekisligida (a) va boshqaruv tekisligida (b) X2 protokoli stegi
Yuqorida aytib o'tilganidek, BS va MCU o'rtasidagi boshqaruv tekisligida S1-MM interfeysi aniqlangan, u transport darajasida xizmat ma'lumotlarini uzatish uchun TCP-ga o'xshash SCTP protokolidan foydalanadi. Ilova sathida S1-AP va X2-AP protokollari qo'llaniladi.
Aksariyat foydalanuvchi ilovalari QoS ko'rsatkichlari to'plami bilan tavsiflanadi. Har qanday paketli tarmoqda turli ustuvorliklarga ega bo'lgan foydalanuvchilarning paketli ma'lumotlarini uzatishni ta'minlaydigan mexanizmlar ishlab chiqilishi kerak.
LTE tarmoqlarida (shuningdek, UMTS tarmoqlarida) ikkita so'nggi nuqta o'rtasida: ikkita foydalanuvchi o'rtasida yoki, masalan, foydalanuvchi o'rtasida uchdan-end kanal (uchdan-end tashuvchi) tushunchasi kiritilgan. terminal va ba'zi Internet-server. Shunga ko'ra, end-to-end kanalining bir qismi tushunchasi paydo bo'ladi - turli darajalarda va turli xil tarmoq tugunlarida: radiokanal (radio tashuvchi), tashqi kanal (tashqi tashuvchi) va boshqalar. Xususan, mavjud. va paketli tarmoq shlyuzi o'rtasida o'rnatilgan bir qator xizmat ko'rsatish sifati parametrlarini o'tkazuvchi kanal tushunchasi (7-rasm); LTE spetsifikatsiyalarida bunday kanal EPS kanali (EPS tashuvchisi, EPS - Evolved Packet System, ajratilgan paket tizimi) deb ataladi. Ovozli Internet protokoli (VoIP) trafigi kabi har bir IP oqimi alohida EPS kanali bilan bog'langan va shunga mos ravishda tarmoq turli obunachilarga turli ustuvorliklarni belgilashga qodir. IP-paket tashqaridan kelganda (tashqi IP tarmog'i, Internet), u xizmat ko'rsatuvchi tugun tomonidan oldindan o'rnatilgan parametrlar asosida xizmat ko'rsatish sifati bo'yicha tasniflanadi, tegishli EPS kanaliga joylashtiriladi va keyin BS o'rtasida havo orqali uzatiladi. va PT. Shunday qilib, EPS kanali va radiokanal o'rtasida birma-bir yozishmalar mavjud.

Rasm. 7. End-to-end arxitekturasi
Keling, "vertikal" (turli darajalar o'rtasida) va "gorizontal" (turli xil tugunlar o'rtasida) ma'lumotlarni uzatishni ta'minlaydigan kanallar to'plamini ko'rib chiqaylik. 8-rasmda quyi oqim yo‘nalishidagi fizik, transport va mantiqiy kanallarni xaritalash ko‘rsatilgan.
Rasm. 8. Pastki oqim yo'nalishida fizik, transport va mantiqiy kanallarni xaritalash
Mantiqiy kanallar ulardagi ma'lumotlar turiga qarab belgilanadi va ikki sinfga bo'linadi: xizmat ma'lumotlarini tashuvchi boshqaruv kanallari va foydali foydalanuvchi ma'lumotlarini o'z ichiga olgan trafik kanallari. Pastki oqim yo'nalishida beshta boshqaruv mantiqiy kanallari aniqlanadi:
• peyjing ma'lumotlarini uzatish orqali tarmoqdagi abonentni (terminalni) qidirish uchun mo'ljallangan PCCH (Paging Control Channel) peyjingni boshqarish kanali;вещательный управляющий канал BCCH (Broadcast Control Channel), используемый для передачи в сети служебной информации;
• umumiy boshqaruv kanali CCCH (Common Control Channel), bu tarmoq va RRC sublayerida (RRC ulanishlari) aloqaga ega bo'lmagan PT o'rtasidagi aloqani ta'minlaydi;
• ajratilgan boshqaruv kanali DCCH (Dedicated Control Channel), shuningdek, tarmoq va PT o'rtasidagi aloqani ta'minlash uchun mo'ljallangan, lekin RRC ulanishiga ega;
• multimedia xizmatlarini birgalikda (bir nechta foydalanuvchilar uchun) uzatishni ta'minlovchi guruh boshqaruv kanali MCCH (Multicast Control Channel).
Menejerlar bilan bir qatorda ikkita mantiqiy trafik kanallari aniqlanadi:
• foydalanuvchi ma'lumotlarini uzatish uchun ikki abonent o'rtasida o'rnatilgan ajratilgan trafik kanaliDTCH (Dedicated Traffic Chanel);
multimedia translyatsiya xizmatlarini uzatish uchun tashkil etilgan multicast trafik kanali MTCH (Multicast Traffic Chanel).
Foydalanuvchi yoki xizmat ma'lumotlarini yuqori darajadan pastroq darajaga o'tkazish xaritalash kanallari nuqtai nazaridan tavsiflanadi: mantiqiy - transportga, transport - jismoniy.
Pastki oqimdagi PCCH mantiqiy kanali ma'lumotlar paketlarini vaqti-vaqti bilan (quvvatni tejash uchun) qabul qilishni qo'llab-quvvatlaydigan PCH (Paging Channel) transport peyjing kanali bilan taqqoslanadi.Логический канал BCCH отображается либо на транспортный вещательный канал BCH (Broadcast Channel), либо транспортный нисходящий совместный канал DL-SCH (Downlink Shared Channel).
BCH qat'iy transport bloki konfiguratsiyasiga ega va hujayra sinxronizatsiyasidan keyin UT sozlaydi. DL-SCH adaptiv modulyatsiya va kodlash usullarini, quvvatni boshqarishni, gibrid avtomatik takroriy so'rovlarni, ko'p antennali texnologiyalarni va boshqalarni qo'llab-quvvatlaydi.
MCCH va MTCH mantiqiy kanallari MCH (Multicast Channel) transport multicast kanali yoki DL-SCH transportning pastga yo'naltirilgan umumiy kanali bilan taqqoslanadi. MCH bir nechta hujayradan multimedia xizmatlarini multicastingni qo'llab-quvvatlaydi.
CCCH, DCCH va DTCH mantiqiy kanallari DL-SCH transport kanali bilan taqqoslanadi.
Shunday qilib, ettita mantiqiy kanal to'rtta transport kanali bilan taqqoslanadi. Bundan tashqari, jismoniy qatlamga o'tishda transport kanallari oltita jismoniy kanalga o'tkaziladi. BCH transport kanali kadr deb ataladigan 40 ms vaqt oralig'ida uzatiladigan PBCH (Jismoniy eshittirish kanali) bilan taqqoslanadi.
PCH va DL-SCH transport kanallari jismoniy pastga ulanish umumiy kanali PDSCH (Jismoniy pastga ulanish umumiy kanali) bilan taqqoslanadi.
MCH transport kanali jismoniy multicast kanali PMCH (Jismoniy multicast kanal) bilan taqqoslanadi.
Qolgan uchta jismoniy kanal: PCFICH ning jismoniy boshqaruv kanali (Jismoniy nazorat formati ko'rsatkichi kanali), jismoniy pastga ulanish PDCCH (Jismoniy pastga ulanishni boshqarish kanali) va PHICH (fizik gibrid ARQ ko'rsatkich kanali) indikatorining jismoniy kanali avtonomdir, ya'ni. ya'ni transport kanallari ularda ko'rsatilmaydi. PDCCH va PCFICH UT ni PCH va DL-SCH transport kanallari uchun resurslarni taqsimlash, shuningdek modulyatsiya va kodlash parametrlari to'g'risida xabardor qilish uchun ishlatiladi. PHICH, uning nomidan ko'rinib turibdiki, qayta uzatish so'rovlarini uzatish uchun ishlatiladi.
Mantiqiy, transport va jismoniy kanallarni yuqori oqim yo'nalishidagi o'zaro xaritalashni ko'rib chiqaylik (1.9-rasm), uchta mantiqiy kanal mavjud bo'lganda, ulardan ikkitasi nazorat va bitta transport, ikkita transport kanali va uchta jismoniy.

Rasm. 9. Jismoniy, transport va mantiqiy kanallarni ko'rsatish
yuqori oqim

Pastki oqim yo'nalishiga kelsak, mantiqiy umumiy CCCH va ajratilgan DCCH boshqaruv kanallari mos ravishda tarmoq va UT o'rtasida RRC ulanishi bilan yoki usiz havo ma'lumotlarini tashish uchun ishlatiladi. Shuningdek, quyi oqim yo'nalishiga o'xshash mantiqiy ajratilgan trafik kanali DTCH foydalanuvchi ma'lumotlarini bitta UT ga o'tkazish uchun belgilangan.

Barcha uchta mantiqiy kanallar adaptiv modulyatsiya va kodlash usullarini, quvvatni boshqarishni, gibrid avtomatik takroriy so'rovlarni, yarim statik/dinamik resurslarni taqsimlashni qo'llab-quvvatlaydigan bitta transport yuqoriga ulanish kanali UL-SCH (Uplink Shared Channel) bilan taqqoslanadi. Yuqori oqimdagi boshqa transport kanali, Tasodifiy kirish kanali (RACH) UT dan ma'lum ma'lumotlarni (ajratilgan kanalni taqdim etish so'rovi) uzatish uchun ishlatiladi, shunga o'xshash so'rov boshqa UT'lardan kelganda to'qnashuvlar ehtimoli bilan.
RACH transport kanali mos keladigan tasodifiy kirish preambulasiga ega bo'lgan jismoniy tasodifiy kirish kanali PRACH (Fizik tasodifiy kirish kanali) bilan taqqoslanadi.
UL-SCH transport kanali jismoniy yuqoriga ulanish umumiy kanali PU-SCH (Jismoniy yuqoriga ulanish umumiy kanali) bilan taqqoslanadi. Qolgan jismoniy yuqoriga ulanishni boshqarish kanali PU-CCH (Jismoniy yuqoriga ulanishni boshqarish kanali) avtonomdir - unga hech qanday transport kanallari ko'rsatilmagan. U pastga ulanish sifati ko'rsatkichlari, ma'lumotlar paketini buyurtma qilish so'rovlari va boshqalar haqida xabar berish uchun ishlatiladi.