Глава 10. Архитеюура сети радиодо

usim

+ Cu

utran i

Рис. 10.2. Сетевые элементы PLMN

Внешние сети

----------------------1

сети каждого типа. Возможность иметь несколько объектов одного того же типа позволяет делить систему UMTS на подсети, работа щие либо самостоятельно, либо вместе с другими подсетями. Tai сеть называется сетью сухопутной подвижной связи общего ноль: вания (Public Land Mobile Network, PLMN). Обычно одна сеть PL эксплуатируется одним оператором и соединяется с другими сетя PLMN и с другими типами сетей. На рис. 10.2 показаны элеме! PLMN, иллюстрирующие внутренние соединения и соединения внешними сетями.

UE состоит из двух частей:

- Подвижное оборудование (Mobile Equipment, ME) - радиотерм ! нал, используемый для радиосвязи через интерфейс Uu. *

- Модуль идентификации абонента UMTS USIM, представляющие собой интеллектуальную плату, которая служит идентификатором

абонента, выполняет алгоритм аутентификации и шифрования и содержит информацию об услугах, которыми пользуется абонент. Сеть UTRAN содержит два элемента:

- Узел В преобразует поток данных между интерфейсами lub и Uu. Он также участвует в управлении радиоресурсами.

- Контроллер радиосети (Radio Network Controller, RNC) управляет радиоресурсами в своей области (к нему подключены узлы В).

RNC представляет собой точку доступа к сервису для всех услуг, которые UTRAN предоставляет CN, например, управление соединениями с UE.

Основными элементами базовой сети GSM (есть другие элементы, не показанные на рис. 10.2, например, те, которые используются для обеспечения интеллектуальных услуг) являются следующие [2]:

- Регистр домашнего местонахождения - это база данных, помещаемая в домашнюю систему абонента, которая хранит в памяти основной экземпляр профиля обслуживания абонента. Профиль обслуживания содержит информацию о предоставляемых абоненту услугах, запрещенные зоны районов роуминга и дополнительную

01 Архитектуре системы

сервисную информацию. Профиль обслуживания создается, когда новый абонент прописывается в системе, и остается в памяти до тех пор, пока сохраняется эта прописка. Для маршрутизации входящих сообщений к UE (т.е. вызовов или коротких сообщений) HLR также записывает данные о местоположении UE на уровне MSC/VLR, т. е. на уровне системы обслуживания.

- MSC/VLR - это коммутатор (MSC) и база данных (VLR), которые предоставляют услуги по текущему местоположению UE с коммутацией каналов (CS). Функция MSC используется для коммутации сообщений CS и функция VLR сохраняет экземпляр профиля обслуживания гостевого пользователя, а также более точную информацию о местоположении UE в системе обслуживания. Часть сети, к которой обеспечивается доступ через MSC/VLR, называют областью обслуживания CS.

- GMSC (шлюзовой MSC) - это коммутатор, подсоединяемый в точке, где UMTS PLMN соединяются с внешними сетями коммутации каналов. Все входящие и исходящие соединения проходят через GMSC.

- Функции SGSN подобны функциям MSC/VLR, но используются для услуг с коммутацией пакетов.

- GGSN (узел по обеспечению межсетевого перехода GPRS) функционально близок к GMSC, но связан с предоставлением услуг коммутации пакетов.

Внешние сети делятся на две группы:

- Сети с коммутацией каналов (Circuit Switching, SC). Они обеспечивают соединения с коммутацией каналов, существующие сети проводной телефонной связи.

- Сети с коммутацией пакетов (Packet Switching, PS). Они обеспечивают соединения с коммутацией пакетов. Одним из примеров сети PS служит Интернет.

Стандарты UMTS построены таким образом, что функции внутри эпементов сети подробно не задаются [3]. Вместо этого определены интерфейсы между логическими элементами сети. Определены следующие основные открытые интерфейсы:

- Интерфейс Си. Это электрический интерфейс между интеллектуальной платой (смарт-картой) USIM и ME. Интерфейс удовлетворяет формату стандарта для смарт-карт.

- Интерфейс (Ju. Это радиоинтерфейс WCDMA, через который UE получает доступ к стационарной части системы, и поэтому является самым важным интерфейсом в UMTS.

- Интерфейс lu. Он соединяет UTRAN с CN. Открытый интерфейс lu дает операторам UMTS возможность производить закупку UTRAN и CN у разных производителей. Создание конкуренции в этой области явилось одним из факторов, обусловивших успех GSM.

Глава 10. Архитектура сети радиодоступа!

- Интерфейс lur. Открытый интерфейс lur позволяет осуществлять мягкий хендовер между RNGs от различных производителей, и поэтому он дополняет открытый интерфейс lu.

- Интерфейс lub. lub соединяет узел В и RNC. UMTS является пер- \ вой коммерческой системой подвижной телефонной связи, где интерфейс контроллер-базовая станция стандартизован как полно-стью открытый интерфейс. Ожидается, что подобно другим откры-тым интерфейсам, открытый интерфейс lub будет стимулировать конкуренцию между производителями оборудования в этой области. Вероятно, что на рынке появятся новые производители, сосредоточивающие усилия исключительно на изготовлении узлов В.

10.2. Архитектура сети UTRAN

Архитектура сети UTRAN представлена на рис. 10.3. - UTRAN включает в себя одну или несколько подсистем радиосети (Radio Network Sub-system, RNS). RNS - это подсеть в UTRAN, состоящая из контроллера радиосети (RNC) и одного или нескольких узлов В. RNC могут соединяться друг с другом через интерфейс lur. RNC и узлы В соединяются с помощью интерфейса lub.

Основные характеристики UTRAN, которые определили основные требования для построения архитектуры UTRAN, ее функций и протоколов, представлены в следующих пунктах:

- поддержка Access и всех относящихся к нему функций. В частности, основное воздействие на построение UTRAN оказало требо- вание обеспечения мягкого и ориентированных на WCDMA алг ритмов управления радиоресурсами;

- максимальная унификация при обработке данных с коммутации пакетов и с коммутацией каналов при использовании уникальнс

USIM

ME I

I

lu CS

lu PS

Рис. 10.3. Архитектура сети UTRAN

10 2 Архитектура сети UTRAN

пакета протоколов воздушного интерфейса и одного и того же интерфейса для соединения UTRAN с областями обслуживания (доменами) как PS, так и CS базовой сети; максимальная унификация с GSM;

использование транспортного протокола ATM в качестве основного транспортного механизма в UTRAN;

использование протокола IP в качестве вспомогательного транспортного механизма в UTRAN.

Контроллер радиосети представляет собой элемент, обеспечивающий управление радиоресурсами в UTRAN. Он сопрягается с CN (обычно с одним MSC и одним SGSN), а также реализует протокол управления радиоресурсами (Radio Resource Control, RRC), который определяет сообщения и процедуры между подвижной станцией и UTRAN.

Логическая роль RNC. RNC, управляющий одним узлом В, обозначается как управляющий RNC (Control RNC, CRNC) узла В. Управ-пяющий RNC отвечает за управление нагрузкой и перефузкой в собственных ячейках, а также осуществляет управление доступом и выделение кодов для новых радиоканалов, которые будут устанавливаться в этих ячейках.

Если одно соединение UE-UTRAN использует ресурсы более, чем одной RNS (рис. 10.4), то участвующие в этой операции RNCs ифают две отдельные логические роли:

- Обслуживающий RNC (Serving RNC, SRNC). SRNC для одной подвижной станции - это RNC, который завершает процедуру как канала 1и для передачи данных пользователя, так и соответствующую сигнализацию RANAP к/от базовой сети (это соединение называется соединением RANAP). SRNC также завершает сигнали-

Узел В

+ 1ип

Узел в

Узел В

--lurj

Рис. 10.4. Логическая роль RNG для соединения между UE и UTRAN: а) представляет один комплект UE, использующий ресурсы только одного узла В, управляемого DRNC; б) UE при мяпсом хендовере между RNG (сложение производится в SRNC)

зацию управления радиоресурсами, т.е. протокол сигнализаци. между UE и UTRAN. Он осуществляет обработку для данных, по-ступающих и исходящих на радиоинтерфейс. В SRNG выполняются основные операции по управлению радиоресурсами: отображ(

,т ние параметров широкополосного канала радиодоступа на пара метры канала передачи воздушного интерфейса. SRNC може также служить в качестве CRNC какого-либо узла В, используемого UE для подключения к UTRAN. Одно UE, подключенное к UTRAN

-(у. имеет один и только один SRNC.

14. Дрейфовый RNC (Drift RNC, DRNC). DRNC - это любой RNC. о наличный от SRNC, управляющий ячейками, используемыми по, Hi вижной станцией. В случае необходимости DRNC может осущес ч .влять сложение и разделение при макроразнесении. DRNC не выполняет обработку данных пользователя, а маршрутизирует дан-ные прозрачным образом между интерфейсами lub и lur заттсклю-чением того случая, когда UE использует общий или совмещенный канал передачи. Один комплект UE может иметь один или несколько DRNCs или не иметь их вовсе. Один физический RNC обычно содержит в себе все функции CRNC, SRNC и DRNC. Узел В (Base Station, BS). Основная функция узла В состоит в осуществлении обработки в воздушном интерфейсе (канальное кодирование и чередование, регулирование скорости, расширение спектра и т.д.). Кроме того, узел В выполняет одну из основных операций по управлению радиоресурсами - управление мощностью в внутреннем контуре. Логически он соответствует базовой станции в системе GSM. Термин Узел В был принят в качестве временного термина в процессе стандартизации, но затем так и не поменялся.

10.3. Общая модель протокола для наземных интерфейсов UTRAN

Структуры протоколов в наземных интерфейсах UTRAN построены в соответствии с одной и той же общей моделью. Эта модель показана на рис. 10.5. Структура основана на том принципе, что уровни и плоскости являются логически независимыми друг от друга, и при необходимости, отдельные части структуры протоколов могут в будущем изменяться, тогда как прочие части остаются нетронутыми [4].

Горизонтальные уровни. Структура протокола состоит из двух основных уровней: уровня радиосети и уровня транспортной сети. Все вопросы, относящиеся к UTRAN, отражены только для уровня радиосети, а уровень транспортной сети представляет стандартную технологию передачи, которая выбрана для использования в UTRAN, но без каких-либо специальных изменений для UTRAN.

Уровень радиосети

Уровень транспортной сети

Плоскость управления

Прикладной протокол

Плоскость пользователя транспортной сети

Сигнализация

Плоскость управления транспортной сетью

ALCAP(s)

ШП-каналы сигнализации

Плоскость пользователя

Поток(и) данных

Физический уровень

Плоскость пользователя транспортной сети

ШП-каналы пересылки данных

Рис. 10.5. Общая модель протокола для наземных интерфейсов UTRAN 10.3.1. Вертикальные плоскости

Плоскость управления. Используется для всей управляющей информации, ориентированной непосредственно на UMTS. Она включает в себя прикладной протокол (т.е. RANAP в lu, RNSAP в lur й NBAP в lub) и В-канал сигнализации для передачи сообщений при-кпадного протокола.

Прикладной протокол используется для установления В-каналов к UE (т.е. В-канал радиодоступа в lu и в последующем в lur и lub). В структуре с тремя плоскостями параметры В-канала в прикладном протоколе не привязаны непосредственно к технологии плоскости пользователя, а скорее являются общими параметрами В-канала.

В-канал сигнализации для прикладного протокола может быть, а может не быть того же типа, что и В-канал сигнализации для ALCAP. Он всегда устанавливается с помощью действий О&М.

Плоскость пользователя. Вся информация, передаваемая и принимаемая пользователем: кодированная речь при речевом вызове или пакеты при соединении с Интернет предаются через плоскость Пользователя. Плоскость пользователя включает в себя поток(и) данных и В-канал(ы) данных для потоков данных. Каждый поток данных характеризуется одним или несколькими протоколами фреймов, указанных для этого интерфейса.

-2700