Описание сетей связи UMTS

MTP3b обеспечивает функции, подобные маршрутизации сообщений, управления звеном сигнализации, распределения нагрузки, переключения между звеньями. MTP3b определяется в рекомендации МСЭ-Т Q.2210

Специфическая функция координации услуг (SSCF-NNI). SSCF преобразует требования вышележащего уровня к требованиям SSCOP. SSCF-NNI определяется в рекомендации МСЭ-Т Q.2140

Специфический протокол услуг с установлением соединения (SSCOP) обеспечивает механизмы для установления и освобождения соединений и надежного обмена информацией между элементами сигнализации. SSCOP определяется в рекомендации МСЭ-Т Q.2210

Уровень адаптации ATM (AAL5) адаптирует протокол верхних уровней к требованиям более низкого уровня ячеек ATM. AAL5 определяется в рекомендации МСЭ-Т I.363.5

SSCF, SSCOP и SSCOP вместе известны также как уровень адаптации сигнализации ATM - межсетевой интерфейс

(SAAL-NNI).

Уровни носителей сигнализации ниже RANAP определяются в 3G TS 25.412.

2.3.4 Стек протоколов Iu-PS

Стек протоколов Iu-PS немного отличается от стека протоколов Iu-CS. Оператор должен выбрать для сигнализации из двух стеков: оператор может использовать тот же стек, что и для Iu-CS, или альтернативный стек, основанный на протоколе IP через ATM, используя M3UA (специальный протокол адаптации MTP3 для использования поверх IP), SCTP и IP.

Рис. 23 Стек протоколов Iu-PS.

На рисунке в разделе 2.2.4 показана связь между стеками протоколов Iu-PS и стеками протоколов на других интерфейсах UMTS.

2.3.4.1 Протокол туннелирования GPRS для плоскости пользователей (GTP-U)

Этот протокол туннелирует пользовательские данные между UTRAN и 3G-SGSN, а также между узлами поддержки GPRS (GSN) в магистральной сети. GTP должен инкапсулировать все протокольные блоки данных PDP (PDU). GTP определяется в 3G TS 29.060. GTP-U определяется в той же рекомендации, что и уровень протокола GTP-C, упомянутый в разделе 2.4.2. Однако для приложений плоскости управления (GTP-C) и плоскости пользователей (GTP-U) используются разные сообщения, определенные в рекомендации.

2.3.4.2 Протокол дейтаграмм пользователей/межсетевой протокол (UDP/IP)

UDP/IP являются протоколами магистральной сети, используемыми для маршрутизации пользовательских данных и информации управляющей сигнализации.

2.3.5 Интерфейс Iub

Интерфейс Iub используется CRNC (или DRNC) для запроса настройки, добавления или удаления звеньев радиосвязи в Узлах B. Также используется DRNC для осуществления управления доступом к радио ресурсам и управления аппаратными ресурсами.

2.3.6 Стек протоколов Iub

Рис. 24 Стек протоколов Iub.

Носитель сигнализации, используемый прикладной подсистемой узлов B (NBAP), состоит из SSCF-UNI поверх SCCOP и AAL5. Все вместе три уровня носителя сигнализации называются уровнем адаптации сигнализации ATM (SAAL). На рисунках в разделе 2.2.4 показана взаимосвязь между стеками протоколов Iub и стеками протоколов на других интерфейсах UMTS.

2.3.6.1 Уровень протоколов прикладной подсистемы Узлов B

(NBAP)

Протокол NBAP, определенный в 3G TS 25.433, используется на интерфейсе Iub. Здесь он обеспечивает специфическую информацию сигнализации/управления UTRAN, например:

Обработка и управление измерениями, выполняемыми UE

Управление звеньями радиосвязи и общим каналом и ресурсами

Синхронизация

Обработка ошибок

2.3.6.2Протоколы уровня сети радиосвязи плоскости пользователей

Уровень сети радиосвязи плоскости пользователей на интерфейсе Iub включает в себя множество протоколов. Структура отражает способ организации информации на радиоинтерфейсе, т.е. потоков данных, которые переносятся через интерфейс Uu. Перечень этих протоколов приведен ниже.

Однако детализация информации по этим каналам выходит за рамки рассмотрения данного документа:

Протокол формирования кадров общего канала пакетной передачи (CPCH FP)

Протокол формирования кадров совместно используемого канала восходящего звена (USCH FP)

Протокол формирования кадров совместно используемого канала нисходящего звена (DSCH FP)

Протокол формирования кадров пейджингового канала (PCH FP)

Протокол формирования кадров канала прямого доступа (FACH FP)

Протокол формирования кадров канала случайного доступа (RACH FP)

Протокол формирования кадров выделенного транспортного канала (DCH FP)

2.3.7 Интерфейс Iur

Интерфейс Iur используется SRNC для запроса настройки, добавления или удаления звеньев радиосвязи в DRNC. Он также поддерживает передачу обслуживания и синхронизацию. Для минимизации эквивалента передачи обслуживания между BSC, известного из GSM/GPRS, используется интерфейс Iur, чтобы разрешить гибкую передачу обслуживания между RNC. Это снова сделано для того, чтобы скрыть функции сети радиосвязи от CN и в частности для того, чтобы избежать эффектов попеременных переключений (пинг-понга), например, для UE, часто перемещающихся между двумя ячейками, в CN.

2.3.8 Стек протоколов Iur

Рис. 25 Стек протоколов Iur.

Подсистема уровня транспортной сети протоколов плоскости управления для Iur аналогична подсистеме для IuPS. У оператора снова есть возможность выбора из двух стеков. Уровень сети радиосвязи в стеке протоколов Iur включает в себя протокол прикладной подсистемы сети радиосвязи (RNSAP).

2.3.8.1 Уровень протоколов прикладной подсистемы сети радиосвязи (RNSAP)

Протокол RNSAP используется на интерфейсе Iur, где он обеспечивает специфическое управление/сигнализацию UTRAN, например:

Перераспределение SRNC

Транспортирование информации NAS между UE и CN, наподобие информации MM или широковещательной передачи

Запросы пейджинга в UE

Управление ресурсами транспортного канала (звенья радиосвязи и физические линии)

Гибкая передача обслуживания

RNSAP определяется в 3G TS 25.423.

2.3.9 Интерфейс Uu

Рис. 26 Архитектура протоколов радиоинтерфейса (пункты доступа к услугам помечены окружностями). Интерфейс Uu - это радиоинтерфейс между UE и сетью UMTS. На рисунках в разделе 2.2.4 показана взаимосвязь между стеками протоколов Uu и стеками протоколов других интерфейсов UMTS.

2.3.9.1 Уровень протоколов управления радиоресурсами (RRC)

Протокол RRC, определяемый в 3G TS 25.331, используется между UTRAN (RNC) и UE. Он обеспечивает следующие функциональные возможности:

Широковещательная передача информации

Управление

oрадио ресурсами соединений RRC (присваивание, освобождение, переконфигурирование)

Функции мобильности для соединения RRC

Управление запрашиваемым QoS

Обработка отчетов с результатами измерений от UE

Управление уровнем мощности по внешней петле (см. раздел 3.4.3.2)

Управление процессом шифрования

Пейджинг

Обеспечение защиты целостности сообщений RRC

Опережение синхронизации (timing advance) (дуплексный режим с временным разделением (TDD))

2.3.9.2 Уровень протоколов конвергенции пакетных данных

(PDCP)

Уровень PDCP, определяемый в 3G TS 25.323, используется в плоскости пользователей между UTRAN (RNC) и UE. Он обеспечивает следующие функциональные возможности:

Сжатие и разворачивание заголовка в потоках данных IP (например, заголовки TCP/IP и RTP/UDP/IP для IPv4 и IPv6)

Перенос пользовательских данных между пользователями услуг PDCP

2.3.9.3 Уровень протоколов управления звеньями радиосвязи

(RLC)

Протокол RLC используется для соединений RLC между UTRAN (RNC) и UE. Устанавливается одно соединение RLC для каждого радиоканала (RB). Протокол RLC обеспечивает следующие функциональные возможности:

Сегментация и сборка длинных PDU верхнего уровня

Конкатенация коротких PDU верхнего уровня

Перенос пользовательских данных, включая коррекцию ошибок и управление потоком

Поочередная доставка PDU верхнего уровня

Контроль порядковых номеров

Обнаружение и восстановление ошибок протоколов

Шифрование

Протокол RLC определяется в 3G TS 25.322.

2.3.9.4 Уровень протоколов управления доступом к среде (MAC)

Протокол MAC находится прямо над физическим уровнем. Он используется между UTRAN (RNC) и UE. Он обеспечивает следующие функциональные возможности:

Преобразования между логическими и транспортными каналами

Выбор соответствующего транспортного формата для каждого транспортного канала в зависимости от мгновенных значений скорости передачи источника

Обработка приоритета между потоками данных одного UE и между UE

Мультиплексирование/демультиплексирование PDU верхнего уровня в и из реальных транспортных каналов физического уровня

Протокол MAC определяется в 3G TS 25.321.

2.4 Протоколы базовой сети (CN)

В этом разделе рассматриваются стеки протоколов для всех интерфейсов, относящихся к CN, домену CS и домену PS. Мы снова сфокусируемся на протоколах (сигнализации) плоскости управления.

2.4.1 Протокол прикладной подсистемы подвижной связи

(MAP)

Рис. 27 Стек протоколов MAP - на интерфейсе Gr между SGSN и HLR.

Протокол MAP (или часть его) используется на множестве интерфейсов в CN. TCAP, SCCP, MTP3 и MTP2 - это уровни транспортного протокола, определенные в системе сигнализации № 7. Те же протоколы используются для поддержки MAP в CS PLMN.

Ниже показаны услуги и функциональные возможности, обеспечиваемые протоколом MAP.

Услуги и функциональные возможности, обеспечиваемые протоколом MAP, как определено в 3G TS 29.002.

Мобильность

oУслуги информации абонентов

Обработка вызовов

oУслуга передачи информации маршрутизации

oУслуги немедленного прекращения услуг (IST)

Связанные дополнительные услуги

oРегистрация/удаление/активизация/ деактивизация/запрос/вызов дополнительных услуг

oРегистрация/удаление услуги ввода CC

Управление службой коротких сообщений

oУслуга передачи информации для SMS

Управление услугами определения местоположения (LCS)

oУслуга передачи информации маршрутизации для LCS

oУслуга представления отчета о местоположении абонента

Эксплуатация и техобслуживание

oУслуги отслеживания абонентов

2.4.1.1 Интерфейсы, использующие протокол MAP

SGSN - HLR (интерфейс Gr):

SGSN - EIR (интерфейс Gf):

Протокол MAP обеспечивает сигнализацию между SGSN и EIR, как описано в подразделе "Процедуры контроля идентификации" в 3G TS 23.060.

SGSN - SMS-GMSC или SMS-IWMSC (интерфейс Gd):

GGSN - HLR (интерфейс Gc):

Этот дополнительный тракт сигнализации позволяет GGSN обмениваться информацией сигнализации с HLR. Есть два альтернативных способа выполнения тракта сигнализации:

Если интерфейс SS7 устанавливается в GGSN, протокол MAP используется между GGSN и HLR

Если интерфейс SS7 не устанавливается в GGSN, любой GSN с интерфейсом SS7, установленным в той же PLMN, что и GGSN, может использоваться в качестве преобразователя протоколов GTP в MAP, чтобы обеспечить сигнализацию между GGSN и

HLR.

2.4.2Плоскость управления GSN - GSN

2.4.3 SGSN - MSC/VLR

Рис. 29 Плоскость управления SGSN-MSC/VLR.

Прикладная подсистема+ системы базовых станций (BSSAP+)

2.4.4 Плоскость пользователей GSN - GSN

Рис. 30 Плоскость пользователей для интерфейсов SGSN-GGSN и SGSN-SGSN.

GTP-U

oЭтот протокол туннелирует пользовательские данные между SGSN и GGSN (Gn), а так-же между SGSN в магистральной сети (Gp). Протокол GTP определяется в 3G TS 29.060. Протокол GTP-U определяется той же рекомендацией, что и уровень протоколов GTP-C, упомянутый в разделе 2.4.2 Однако для приложений плоскости управления (CTP-C) и плоскости пользователей (GTP-U) используются разные сообщения, определенные в рекомендации

UDP

oЭтот протокол переносит пользовательские данные между GSN.

Глава третья: Функциональные возможности сети UMTS

Вэтой главе дан обзор сигнализации базового управления и межсетевого взаимодействия узлов.

Впроцессе работы UE, UTRAN и CN принимают множество состояний. Каждое состояние характеризуется уровнем активности, а, следовательно, и требованиями к ресурсам. В UMTS изменение требований к ресурсам обеспечивается динамическим распределением ресурсов. Это позволяет лучше использовать ресурсы, уменьшая взаимные влияния и продляя срок службы батарей в мобильном телефоне. Состояния также определяют поведение CN в отношении UE, например, завершение или отклонение входящего вызова в случае, если UE выключено, не занято или уже активно.

Набор элементарных процедур управляет изменениями состояния и распределением ресурсов при необходимости. Процедуры управления мобильностью (MM) и управления радио ресурсами (RRM), такие как передача обслуживания, позволяют UE перемещаться внутри сети без разрывов связи.

Одной из характеристик UMTS является то, что элементарные процедуры можно объединять разными способами с целью предоставления услуги. Технические параметры также позволяют выполнять одно и тоже несколькими способами. Помимо описания элементарных процедур MM и RRM используются примеры, в которых объясняются общие процедуры сигнализации для множества услуг. При рассмотрении функциональных возможностей выбран детальный уровень представления информации.

3.1 Состояния оборудования пользователя (UE) и сети

При включении оборудование пользователя (UE) UMTS вводится в режим IDLE (незанятый). Запускается механизм поиска ячейки (соты), отслеживающий диапазон частот UMTS для ячейки с помощью широковещательной информацией, соответствующей перечню допустимых PLMN. Когда подходящая ячейка найдена, UE размещается в этой ячейке и запрашивает первоначальный доступ к UTRAN, чтобы привязаться к сети и войти в состояние CONNECTED (подключен). После привязки UE становится известным/зарегистрированным в сети и может получить доступ к предлагаемым услугам. Этот режим работы также называется Camping on UTRAN Cell (размещение в ячейке UTRAN).

Многорежимные UE помимо сети UMTS способны работать в существующих сетях GSM/ GPRS. Когда сеть UMTS не доступна, UE может работать в ячейке GSM/GPRS. Этот режим работы также называется Camping on GSM/GPRS Cell (размещение в ячейке GSM/GPRS).

UE может также участвовать в межсистемных передачах обслуживания и обновлениях местоположения (LU).

Когда UE размещается в ячейке UTRAN, применяются следующие описания состояний.

3.1.1 Состояния управления мобильностью (MM) в режиме коммутации каналов (CS)

В режиме коммутации каналов UE и CN работают в трех состояниях, показанных ниже, подобных поведению в

GSM.