Мультисервисные сети2

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 Iu, RNSAP в Iur и NBAP в Iub) и B-канал сигнализации для передачи сообщений прикладного протокола.

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

B-канал сигнализации для прикладного протокола может быть, а может не быть того же типа, что и B-канал сигнализации для ALCAP.

Он всегда устанавливается с помощью действий O M.

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 B-канал(ы) данных для потоков данных. Каждый поток данных характеризуется одним или несколькими протоколами фреймов, указанных для этого интерфейса.

Плоскость управления транспортной сетью. Плоскость управ-

ления транспортной сетью используется для всего управления сигнализацией на транспортном уровне. Она не включает в себя никакой информации уровня радиосети. Она содержит протокол ALCAP, который необходим для установления транспортных ШП-каналов для плоскости пользователя.

Плоскость управления транспортной сетью представляет собой плоскость, которая действует между плоскостью управления и плоскостью пользователя. Введение плоскости управления транспортного уровня позволяет прикладному протоколу в плоскости управления радиосетью быть полностью независимым от технологии, выбранной для B-канала данных в плоскости пользователя.

Когда используется плоскость управления транспортной сетью, транспортные ШП-каналы для передачи данных в плоскости пользователя устанавливаются следующим образом. Сначала выполняется операция сигнализации, используя протокол плоскости управления, который задействует установление B-канала данных с помощью протокола ALCAP, специально предназначенного для технологии плоскости пользователя.

Под независимостью плоскости управления и плоскости пользователя понимается, что операцию сигнализации по протоколу ALCAP нельзя использовать для B-каналов пересылки данных всех типов. Если сигнализационное сообщение ALCAP отсутствует, то плоскость управления транспортной сетью вообще не требуется. Это тот случай, когда используются каналы для B-каналов с заранее заданной конфигурацией. Протокол ALCAP в плоскости управления транспортной сетью не используются для установления B-канала сигнализации для прикладного протокола или для ALCAP при работе в реальном масштабе времени.

B-канал для ALCAP может быть или не быть того же типа, что и B-канал для прикладного протокола. Спецификации UMTS предполагают, что B-канал для ALCAP всегда устанавливается с помощью

действий по эксплуатации и обслуживанию (O M) и он не задается детально.

Плоскость пользователя транспортной сети. B-каналы в плос-

кости пользователя и B-каналы сигнализации для прикладного протокола также принадлежат плоскости пользователя транспортной сети. B-каналы данных в плоскости пользователя транспортной сети непосредственно управляются плоскостью управления транспортной сети при работе в реальном масштабе времени, но управляющие действия для установления B-каналов сигнализации для прикладного протокола считаются действиями по эксплуатации и обслуживанию (O M).

10.4. Интерфейс Iu между сетями UTRAN и CN

Интерфейс Iu соединяет UTRAN c CN. Интерфейс Iu является открытым интерфейсом, который делит систему ориентированную на радиосвязь UTRAN и CN, которая оперирует коммутацией, маршрутизацией и управлением качеством [5]. Интерфейс Iu может иметь два различных варианта – Iu CS для соединения UTRAN с базовой сетью с коммутацией каналов и Iu PS для соединения UTRAN с базовой сетью с коммутацией пакетов. Первоначальной идеей при стандартизации была идея разработать только один интерфейс Iu, но затем было признано, что полностью оптимизированные средства передачи (транспортный протокол) плоскости пользователя для услуг CS и PS могут быть получены, если разрешены различные технологии передачи. Следовательно, плоскость управления транспортной сетью будет разной. Одной из основных установок при проектировании все еще остается установка на то, что плоскость управления должна быть одной и той же для Iu CS и Iu PS, и различия должны быть минимальными.

Структура протокола для Iu CS. Общая структура для Iu CS по-

казана на рис. 10.6. Три плоскости в интерфейсе Iu используют общие средства передачи в режиме ATM, которые используются для всех плоскостей. Физический уровень представляет собой интерфейс с физической средой: волоконно-оптическими кабелями, радиоканалом или медным проводом. Реализация на физическом уровне может выбираться из большого ряда таких стандартных имеющихся на сегодняшний день технологий передачи, как, например, SONET, STM1 или E1.

Пакет протоколов плоскости управления интерфейса Iu CS.

Пакет протоколов плоскости управления состоит из RANAP, наложенного на протоколы широкополосной системы сигнализации № 7 (Signaling System № 7, SS7). Применяются уровни в части сигнализации при управлении соединениями (Signaling Connection Control Part, SCCP), в части передачи сообщений (Message Transfer Part, MTP) и

уровень адаптации сигнализации ATM для интерфейсов сеть-сеть

(Signaling ATM Adaptation Layer for Network to Network Interfaces, SAAL-NNI). Уровень адаптации сигнализации ATM для интерфейсов сеть-сеть затем делится по функциям координации соответствующих услуг (Service Specific Coordination Function, SSCF), протокол, ориен-

тированный на установление соединений в зависимости от сервиса

(Service Specific Connection Oriented Protocol, SSCOP), и уровень 5

адаптации ATM (AAL5). Уровни SSCF и SSCOP специально разработаны для передачи сигнализации в сетях ATM и обеспечивают такие функции, как управление соединениями для сигнализации. Уровень 5 адаптации ATM (AAL5) используется для сегментирования данных в ячейках ATM.

Рис. 10.6. Структура протокола Iu CS

Пакет протоколов плоскости управления транспортной сетью для интерфейса Iu CS. Пакет протоколов для плоскости управления транспортной сетью состоит из протокола сигнализации для установления соединений AAL2 (Q.2630.1 и уровень адаптации Q.2150.1), наложенного на протоколы широкополосной системы сигнализации № 7. Применяются протоколы широкополосной SS7, но без уровня

SCCP [5].

Пакет протоколов плоскости пользователя для интерфейса Iu CS. Выделенное соединение AAL2 резервируется для каждого отдельного сервиса CS. Протокол плоскости пользователя с интерфейсом Iu, накладывается непосредственно поверх AAL2.

Структура протокола для Iu PS. Структура протокола для Iu PS

показана на рис. 10.7. Снова как к плоскости пользователя, так и к плоскости управления прикладываются общая транспортная среда ATM. Физический уровень такой же, как для Iu CS.

Рис. 10.7. Структура протокола Iu PS

Пакет протоколов плоскости управления для Iu PS. Пакет про-

токолов плоскости управления состоит из RANAP и ШП-канала для сигнализации на основе широкополосной SS7. Также в качестве варианта определяется B-канал сигнализации, основанный на IP. Для обоих вариантов обычно используется уровень SCCP. ШП-канал сигнализации на основе IP состоит из MТР3, простого протокола переда-

чи управления (Simple Control Transmission Protocol, SCTP), Интернет протокола (Internet Protocol, IP) и AAL5, общего для обоих вариантов. Уровень SCTP специально разработан для передачи сигнализации в Интернет. Конкретные уровни адаптации определяются для различных видов протоколов сигнализации, например, MТР3 для сигнализации на основе SS7.

Пакет протоколов плоскости управления транспортной сетью для Iu PS. Плоскость управления транспортной сетью неприменима к

Iu PS. Осуществление туннелирования GPRS (GPRS Tunneling Protocol, GTP) требует только идентификатора адресов IP в обоих направлениях и все это уже включено в сообщение назначения RANAP ши-

рокополосного канала радиодоступа (Radio Access Bearer, RAB). Одни и те же информационные элементы, которые используются в Iu CS для адресации и идентификации сигнализации AAL2, используются для данных плоскости пользователя в Iu CS.

Пакет протоколов плоскости пользователя для Iu PS. В плос-

кости пользователя с Iu PS уплотняются множественные потоки пакетированных данных на одном или на нескольких PVCs уровня AAL5. GTP-U представляют собой уровень уплотнения, который обеспечивает тождественность каждого (отдельного) потока пакетированных данных. Каждый поток использует передачу без установления соединений UDP и IP.

10.4.1. Протокол RANAP

RANAP – это протокол сигнализации в Iu, который содержит всю информацию управления, определенную для уровня радиосети. Функции RANAP реализуются с помощью различных элементарных про-

цедур (Elementary Procedure, EP) RANAP. Каждая функция RANAP

может потребовать выполнения одной или более EP. Каждая EP состоит либо просто из сообщения с запросом (класс 2 EP), либо из пары соединений с запросом и ответом (класс 1 EP), либо из одного сообщения с запросом и одного и более ответных сообщений (класс 3 EP). Определены следующие функции RANAP [5]:

Перемещение. Эта функция управляет как перемещением SRNS, так и жестким хэндовером, включая переход на другую систему:

перемещение SRNS: функции обслуживающего RNS переданы от одного RNS другому без изменения радиоресурсов или без прерывания потока данных пользователя. Предварительное условие для перемещения SRNS состоит в том, что все радиоканалы уже находятся в том DRNC, который намечен как объект, куда должно быть произведено перемещение;

жесткий хэндовер между RNS: используется для передачи функций обслуживающего RNS от одного RNS на другой и для соответствующего изменения радиоресурсов с помощью хэндовера в интерфейсе Uu. Предварительным условием для жесткого хэндовера служит тот факт, что UE находится на предельной дальности от заданных ячеек.

Управление RAB (ШП-каналом радиодоступа). Эта функция объе-

диняет в себе все операции с RAB:

установление RAB, включая возможность организации очереди на установление;

изменение характеристик имеющегося RAB;

очистка имеющегося RAB, включая случай инициализации от

RAN.

Освобождение Iu. Разъединяются все источники (канал сигнализации и плоскость U пользователя) от Iu с данного момента, относящиеся к указанному UE. Включается также случай инициализации от RAN.

Сообщение о неуспешно переданных данных. Эта функция позво-

ляет CN обновлять записи с информацией от UTRAN, если часть переданных данных оказалась неуспешно переданной в UE.

Общее управление идентификацией. При выполнении этой функ-

ции посылается постоянный идентификатор UE от CN в UTRAN с тем, чтобы разрешить координацию поискового вызова, возможно, из двух различных областей CN.

Поисковый вызов. Он используется CN для поиска запрашиваемого UE для UE, завершающего запрос на обслуживание, например, на речевой вызов. Поисковое сообщение посылается от CN в UTRAN с общим идентификатором UE и зоны поиска. UTRAN будет либо использовать имеющееся соединение для сигнализации, если оно существует, для передачи поискового вызова к UE, либо осуществлять широковещательную передачу поискового вызова в запрошенной зоне.

Управление слежением. CN может в интересах эксплуатации и обслуживания запросить UTRAN начать производить запись всех действий, связанных с конкретным соединением UE-UTRAN.

Передача сигнализации UE-CN. Эта функция обеспечивает прозрачную передачу сигнализационных сообщений UE-CN, которые не интерпретируются UTRAN, в трех случаях:

1)передача первого сообщения UE от UTRAN к UE: это может быть, например, ответ на поисковый вызов, запрос на вызов, направленный от UE, или просто регистрация в новой зоне. Эта передача также инициирует соединение сигнализации для интерфейса Iu;

2)прямая передача: используется для передачи всех последовательных сообщений сигнализации по сигнализационному соединению Iu как в восходящем, так и в нисходящем направлениях;

3)информационное вещание CN: позволяет CN вести повторяющуюся передачу информации о системе для всех пользователей в зоне

обслуживания.

Управление режимом безопасности. Используется для включения и выключения режима шифрования или проверки целостности. Когда включается режим шифрования, то соединения для сигнализации и для передачи данных в радиоинтерфейсе шифруются с использованием алгоритма с секретным ключом. Когда производится проверка целостности, то контрольная сумма, определяющая целостность, в дальнейшем засекречиваемая с помощью ключа шифрования, добавляется к некоторым или ко всем сообщениям для сигнализации в радиоинтерфейсе. Это гарантирует, что абонент Б не отключился, и содержание информации не изменено.

Управление перегрузкой. Используется для управления нагрузкой в интерфейсе Iu с целью недопущения перегрузки, обусловленной перегрузкой процессора в CN или UTRAN. Используется простой механизм, который позволяет ступенчато уменьшать и восстанавливать нагрузку по сигналам таймера.

Сброс. Используется для очистки стороны CN или стороны UTRAN интерфейса Iu при ошибочных ситуациях. Одна сторона Iu может показать другой стороне, что она восстанавливается после повторного запуска, и другая сторона может убрать все ранее установленные соединения.

Сообщение о местоположении. Эта функция позволяет CN полу-

чать информацию о местоположении данного UE. Она включает в себя две элементарных процедуры: одну по управлению сообщениями о местоположении в RNC, а другую – по передаче фактического сообщения в CN.

10.4.2. Протокол Iu плоскости пользователя

Назначение протокола плоскости пользователя состоит в том, чтобы передавать данные пользователя, относящиеся к RAB, через интерфейс Iu. Каждый RAB имеет собственный экземпляр протокола. Протокол выполняет либо полностью прозрачные операции, либо осуществляет формирование фреймов для сегментов данных пользователя и основную сигнализацию по управлению, используемую для инициализации и управления в реальном масштабе времени (в режиме online). Основываясь на этих позициях, протокол имеет два режима:

Прозрачный режим. В этом режиме работы протокол не выполняет никаких действий по управлению или формированию фреймов. Он примеряется для RAB, которым не требуются такие функции, но которые предполагают полностью прозрачный режим работы.

Режим поддержки заранее определенных объемов данных. В этом режиме плоскость пользователя выполняет формирование фреймов из данных пользователя, разбиение на сегменты заранее определенного размера. Объемы данных обычно соответствуют речевым фреймам или размерам фреймов, полученных для скорости передачи вызова при передаче данных с коммутацией каналов. Кроме того, определяются процедуры управления инициализацией и скоростью передачи и определяются функции указания качества фрейма.

Рис. 10.8. Пакет протоколов для интерфейса Iur

Iur2: поддержка трафика по выделенному каналу. Эта функция требует наличия модуля выделенного канала сигнализации RNSAP и позволяет осуществлять передачу трафика по выделенному каналу между двумя RNC. Если даже первоначальная потребность в этой функции заключалась в поддержке состояния мягкого хэндовера между RNC, то теперь она позволяет устанавливать SRNC на все время, когда пользователь занимает выделенные каналы (выделенные ресурсы на узле B), обычно все время, в течение которого пользователь имеет активное соединение в сети с коммутацией каналов.

Эта функция требует также фреймового протокола плоскости пользователя для выделенного канала и протокола плоскости управления транспортной сетью (Q.2630.1), используемых для установления транспортных соединений (соединений AAL2). Каждый выделенный канал передается по одному транспортному соединению за исключением назначенного DCH, используемого для защиты от ошибок в воздушном интерфейсе.