Lte: взгляд изнутри
Добрый день, Хабр! Сегодня я бы хотел познакомить сообщество с LTE. Каждый уважающий себя специалист уже в курсе, что такое LTE, даже на Хабре были статьи — раз, два, три, но на мой взгляд все они не до конца раскрывают суть. Я же попытаюсь остановиться более подробно на всех аспектах. За подробностями прошу под кат.
Немного истории
В декабре 1998 года было создано объединение нескольких организаций, занимающихся стандартизацией в области телекоммуникаций, получившее название 3GPP (3rd Generation Partnership Project) подписанием «Соглашения о партнерстве по проекту в области технологий третьего поколения (The 3rd Generation Partnership Project Agreement). Это позволило объединить усилия по созданию новых технологий, а также обеспечить полную совместимость оборудования в мире. В число организаций по стандартизации, вовлеченных в создание 3GPP, вошли ARIB (Япония), ETSI (Европа), TTA (Корея), TTS (Япония) и TIPI (США). В числе разработок 3GPP стандарты: W-CDMA (Wideband Code Division Multiple Access), HSPA (High Speed Packet Access), LTE (Long Term Evolution). Работа 3GPP над LTE началась в ноябре 2004 года в формате открытого обсуждения, доступного для любых заинтересованных организаций (в том числе и не членов 3GPP). С декабря 2004 проходило изучение соответствия LTE базовым требованиям, сформулированным в 3GPP TR 25.913. В ноябре 2005 года были выбраны основные технологии радиодоступа для использования в стандарте LTE. Ими стали OFDMA на нисходящем и SC-FDMA на восходящем канале. В июле 2006 года был завершен этап изучения и начались работы по созданию стандарта. В сентябре 2007 года была завершена спецификация LTE. Спецификации 8 версии были заморожены в декабре 2008, и это послужило основанием для первой волны оборудования LTE. В сентябре 2009 были представлены спецификации LTE 10 версии, с этого времени технология стала называться LTE-Advanced. В конце ноября 2010 года Международный союз электросвязи официально признал LTE-Advanced стандартом беспроводной связи четвёртого поколения 4G. Формально LTE версии 7, 8, 9 (которое пока и используется во всём мире) не является технологией 4G, т.к. не признан Международным союзом электросвязи. Отбросить все эти формальности удалось в следующей версии стандарта. Именно эта, десятая, версия и последующие получили суффикс «Advanced» и признание. Новое название технологии произошло от термина “IMT-Advanced”, который ввёл Международный союз электросвязи для того, чтобы отличать новое поколение мобильных систем, технические возможности которых выходят за рамки IMT-2000. Требования к IMT-Advanced (International Mobile Telecommunications-Advanced) предъявляются следующие:
Глобальная функциональность и роуминг;
Высокая энергоэффективность;
Взаимодействие с другими радиосистемами доступа (обратная совместимость);
Улучшенные пиковые скорости передачи данных, чтобы поддерживать усовершенствованные службы и приложения;
Высокий уровень безопасности системы;
Структура сети
Структура сети стандарта LTE выглядит
следующим образом:
Из
этой схемы видно, что структура сети
сильно отличается от сетей стандартов
2G и 3G. Существенные изменения претерпела
и подсистема базовых станций, и подсистема
коммутации. Была изменена технология
передачи данных между оборудованием
пользователя и базовой станцией. Также
подверглись изменению и протоколы
передачи данных между сетевыми элементами.
Вся информация (голос, данные) передается
в виде пакетов. Таким образом, уже нет
разделения на части обрабатывающие
либо только голосовую информацию, либо
только пакетные данные.
Можно
выделить следующие основные элементы
сети стандарта LTE:
Serving SAE Gateway или просто Serving Gateway (SGW) – обслуживающий шлюз сети LTE. Предназначен для обработки и маршрутизации пакетных данных поступающих из/в подсистему базовых станций. SGW имеет прямое соединение с сетями второго и третьего поколений того же оператора, что упрощает передачу соединения в /из них по причинам ухудшения зоны покрытия, перегрузок и т.п. В SGW нет функции коммутации каналов для голосовых соединений, т.к. в LTE вся информация, включая голос коммутируется и передается с помощью пакетов.
Public Data Network SAE Gateway или просто PDN Gateway (PGW) – шлюз к сетям передачи данных других операторов для сети LTE. Основная задача PGW заключается в маршрутизации трафика сети LTE к другим сетям передачи данных, таких как Интернет, а также сетям GSM, UMTS.
Mobility Management Entity (MME) – узел управления мобильностью сети сотовой связи стандарта LTE. Предназначен для обработки сигнализации, преимущественно связанной с управлением мобильностью абонентов в сети.
Home Subscriber Server (HSS) – сервер абонентских данных сети сотовой связи стандарта LTE. Представляет собой большую базу данных и предназначен для хранения данных об абонентах. Кроме того, HSS генерирует данные, необходимые для осуществления процедур шифрования, аутентификации и т.п. Сеть LTE может включать один или несколько HSS. Количество HSS зависит от географической структуры сети и числа абонентов.
Policy and Charging Rules Function (PCRF) – элемент сети сотовой связи стандарта LTE, отвечающий за управление начислением платы за оказанные услуги связи, а также за качество соединений в соответствии с заданными конкретному абоненту характеристиками.