Выпускная квалификационная работа бакалавра


Основные функции ядра сети



страница2/4
Дата22.05.2017
Размер2.2 Mb.
Просмотров973
Скачиваний1
ТипПояснительная записка
1   2   3   4

Основные функции ядра сети LTE

В перечне функциональных возможностей базовой сети ЕРС можно


выделить несколько основных функций:

  • управление доступом в сеть;

  • маршрутизация и транспортировка пакетов данных;

  • управление мобильностью абонентского терминала;

  • обеспечение безопасности;

  • управление радиоресурсами сети;

  • управление сетью;

  • выбор функциональных элементов сети;

  • функции, связанные с использованием в сети IP-протокола.

Каждая из этих функций может включать в себя несколько частных функций.

Функция управления доступом в сеть. С помощью данной функции
абонентский терминал присоединяется к сети LTE. При этом выполняется
ряд частных функций, представленных ниже.

Функция выбора сети или сети доступа дает возможность абонентскому терминалу выбирать сеть мобильной связи или сеть доступа, посредством которой будет осуществляться IP-соединение абонентского терминала с сервисными платформами (серверами приложений). Выбор сети или сети доступа зависит прежде всего от используемых этими сетями технологий. Для сетей стандартов 3GPP принципы выбора сети определены в Технической спецификации TS 23.122, принципы выбора сети доступа — в Технических спецификациях TS 36.300, TS 43.022 и TS 25.304. Для сетей стандартов нe-3GPP, базирующихся на IP-протоколе, принципы выбора сети или сети доступа определены в Технической спецификации TS 23.402.

Функция аутентификации и авторизации позволяет проверить подлинность абонента, определить доступность абоненту сетевых услуг в соответствии с его профилем и выполнить авторизацию мобильного терминала абонента, например, назначить IP-адрес, выделить сетевые ресурсы и активировать сетевую службу передачи данных. Функция аутентификации тесно
связана с функцией управления мобильностью абонента.

Функция контроля доступа требуется для определения доступности запрашиваемых ресурсов сети и резервирования этих ресурсов согласно поступившему запросу в целях дальнейшего использования.

Функция применения сетевых политик и тарификации (PCEF) обеспечивает управление предоставлением услуг абоненту в соответствии с требуемым качеством услуг (идентификатором QCI) и тарификацию в соответствии с правилами, полученными от узла PCRF. Согласно спецификации TS 23.203 с помощью функции PCEF решаются следующие основные задачи:

  • обнаружение, регистрация и классификация потоков пакетов данных
    пользователей; при регистрации потоки пакетов данных пользователей
    отождествляются с IP-адресами и портами источника и получателя, с требуемым идентификатором QCI;

  • измерение и контроль объема и параметров передачи (скорости,
    задержки передачи) пакетов данных;

  • управление качеством передачи данных;

  • применение правил тарификации в реальном масштабе времени с
    учетом качества передачи данных.

Функция законного перехвата сообщений абонентов позволяет предоставить уполномоченным государственным организациям доступ к частной информации (например, к телефонным разговорам, передаваемым данным, сообщениям SMS, MMS и сообщениям электронной почты). Согласно российскому законодательству данная функция является функцией системы
обеспечения оперативно-розыскных мероприятий.

Функция маршрутизации и транспортировки пакетов данных. С помощью функции маршрутизации осуществляется определение маршрута передачи и транспортировка пакетов данных как внутри одной сети мобильной связи, так и между несколькими сетями. Маршрут транспортировки пакетов данных устанавливается на основе таблиц маршрутизации и представляет
собой перечень сетевых узлов: исходящий узел, промежуточные узлы и узел
назначения. Сеть LTE базируется на IP-протоколе и вследствие этого
использует стандартные механизмы маршрутизации и транспортировки
данных IP-сетей.

При выполнении функции маршрутизации и транспортировки пакетов


данных реализуется ряд частных функций.

Функция сжатия IP-заголовка предназначена для оптимизации использования пропускной способности и ресурсов сети радиодоступа за счет уменьшения объема передаваемых служебных данных путем применения специальных механизмов сжатия IP-заголовка.

Функция проверки (инспекции) пакетов данных позволяет сети выполнять проверку типа IP-адреса, используемого абонентским терминалом: адреса типа IPv4, либо адреса типа IPv4 с префиксом адреса IPv6 (например,
::ffff:IPv4), либо адреса типа IPv6.

Функция обеспечения безопасности. При выполнении функции обеспечения безопасности в сети LTE решаются следующие основные задачи
(см. Техническую спецификацию TS 33.401):

  • защита от несанкционированного использования услуг сети LTE с
    помощью аутентификации абонента и подтверждения возможности
    оказания запрошенной услуги;

  • обеспечение конфиденциальности аутентификации абонента с помощью использования временных идентификаторов и ключей шифрования;

  • обеспечение конфиденциальности абонентских данных с помощью
    шифрования;

  • обеспечение аутентификации данных, передаваемых в сообщениях
    сигнализации;

  • обеспечение аутентификации сети абонентским терминалом;

  • идентификация абонентского терминала.

Функция управления мобильностью. С помощью данной функции обеспечивается отслеживание расположения абонентского терминала в сети
E-UTRAN с точностью до одной зоны местоположения терминала (Tracking
Area — ТА) либо группы зон местоположения в соответствии с перечнем
зон местоположения TAL. Функция включает в себя несколько частных
функций.

Функция управления мобильностью терминала в режиме ECM-IDLE. Режим ECM-IDLE (EPS Connection Management IDLE) характеризуется отсутствием активного соединения абонентского терминала с сетью LTE, при котором обеспечивается передача пакетов данных пользователя. В данном режиме местоположение абонентского терминала в сети E-UTRAN известно моду ММЕ с точностью до группы зон местоположения терминала согласно TAL.

Функция управления перечнем зон (треков) местоположения абонентского терминала в сети E-UTRAN позволяет базовой сети ЕРС запоминать и актуализировать не одну зону ТА, а группу зон в зависимости от накопленной статистики перемещения абонента, что, в конечном счете позволяет уменьшить частоту выполнения процедуры обновления данных о зонах местоположения (Tracking Area Update — TAU).

Функция управления хэндовером в сети Е- UTRAN позволяет обеспечить непрерывность IP-сессии пользователя при перемещении абонентского
терминала между базовыми станциями. Управление хэндовером и модуляция IP-CAN Bearer осуществляются сетевым элементом ММЕ, являющимся
функциональным модулем привязки внутрисетевой мобильности (Inter-
eNode B Mobility Anchor).

Функция управления межсетевым хэндовером в сетях 3GPP позволяет обеспечить непрерывность IP-сессии абонента при перемещении абонентского терминала между сетями 3GPP. Управление межсетевым хэндовером осуществляется сетевым элементом ММЕ, являющимся функциональным модулем «привязки» межсетевой мобильности (Inter-3GPP Mobility Anchor).

Функция уменьшения трафика сигнализации (Idle mode Signalling Reduction — ISR) абонентского терминала, находящегося в режиме ECM-IDLE применительно к сети E-UTRAN и в режиме GPRS STANDBY применительно к сети GERAN/UMTS, позволяет уменьшить объем служебных сообщений
при обеспечении дискретной мобильности терминала (при «перевыборе» соты) между сетями E-UTRAN и GERAN/UTRAN одного оператора. Уменьшение объема служебных сообщений при перевыборе сот со сменой технологии доступа (Inter-RAT Cell-Reselection) достигается за счет регистрации
абонентского терминала одновременно в узлах ММЕ и SGSN, взаимодействующих с обслуживающим шлюзом S-GW. Это позволяет осуществлять
перевыбор сот без выполнения процедуры TAU и процедуры обновления
данных о зоне маршрутизации (Routing Area Update — RAU) в сети
GERAN/UTRAN.

Функция ISR активируется и деактивируется на основе решений модулей и узлов, входящих в базовую сеть ЕРС. Эти решения передаются абонентскому терминалу в виде соответствующих команд.



Функция ограничения мобильности позволяет ограничить мобильность терминала и выполняется следующими элементами сети LTE: абонентским терминалом, сетью радиодоступа E-UTRAN и базовой сетью ЕРС. Ограничение мобильности абонентского терминала, находящегося в режиме ECM-IDLE, реализуется терминалом на основе информации, получаемой от базовой сети ЕРС. Ограничение мобильности абонентского терминала, находящегося в режиме ECM-CONNECTED, выполняется сетью радиодоступа E-UTRAN и базовой сетью ЕРС на основе перечня ограничений хэндовера (Handover Restriction List — HRL).

Функция индикации поддержки мультимедийных речевых услуг подсистемы IMS выполняется сетью мобильной связи и позволяет передавать абонентскому терминалу идентификатор поддержки пакетной передачи речи с помощью подсистемы IMS. Данный идентификатор передается в процессе присоединения мобильного терминала к сети LTE либо в процессе выполнения процедуры TAU. Обслуживающая сеть LTE предоставляет эту индикацию в соответствии с сетевыми политиками, а также с поддерживаемой
схемой организации голосовых вызовов (Single Radio Voice Call Continuity —
SRVCC).

Функция управления радиоресурсами сети. Функция управления радиоресурсами связана с распределением ресурсов сети E-UTRAN между абонентскими терминалами. Стратегия сети E-UTRAN по управлению радиоресурсами основывается на информации о конкретных типах абонентов, терминалов и приложений.

Чтобы поддерживать управление радиоресурсами в сети E-UTRAN,


модуль ММЕ обеспечивает передачу базовой станции eNB через интерфейс S1 параметра RFSP (RAT/Frequency Selection Priority), определяющего приоритет выбора радиотехнологии и приоритет выбора частоты. Параметр RFSP используется базовой станцией для реализации стратегии сети по управлению радиоресурсами. Значение параметра является индивидуальным для абонентского терминала и используется всеми службами обмена данными сети радиодоступа E-UTRAN в следующих случаях:

  • для перевыбора соты абонентскими терминалами, работающими в
    режиме IDLE, в соответствии с установленным приоритетом;

  • для принятия решения по переводу абонентских терминалов, находящихся в активном режиме (active mode), на другие частотные каналы или другие технологии радиодоступа.

Сообщение, передаваемое в базовую станцию по интерфейсу S1исодержащее параметр RFSP, детально описано в Технической спецификации TS 36.413.

Функция управления сетью. Эта функция выполняется системой поддержки эксплуатации сети (ОАМ&Р) и включает в себя несколько частных функций.

Функция распределения нагрузки между модулями ММЕ обеспечивает возможность перенаправлять управление абонентским терминалом с одного модуля ММЕ на другой для распределения нагрузки между модулями. Это
достигается установлением такого весового коэффициента распределения
нагрузки для каждого модуля ММЕ, при котором вероятность выбора модулем ММЕ базовой станции пропорциональна этому коэффициенту
(0,...,255). Весовой коэффициент устанавливается с учетом производительности модулей ММЕ и передается базовой станции путем обмена служебными сообщениями с ММЕ посредством интерфейса S1 (согласно Технической
спецификации TS 36.413). Если в сети используется шлюз поддержки персональных (домашних) базовых станций (HeNB GW), то весовой коэффициент передается от модуля ММЕ к этому шлюзу.

Функция перераспределения нагрузки между модулями ММЕ обеспечивает возможность передавать обслуживание абонентского терминала от одного ММЕ другому в процессе обслуживания.

Функция управления перегрузками в модуле ММЕ определяет механизмы, позволяющие избегать возникновения перегрузок в сети. Эти механизмы в соответствии с Техническими спецификациями TS 36.300 и TS 36.413 используют сообщения протоколов уровня NAS для отклонения запросов предоставления ресурсов, поступающих от абонентских терминалов.

Устранение перегрузки сети достигается с помощью сообщений OVER- LOAD START, передаваемых модулем ММЕ базовым станциям. С помощью сообщений OVERLOAD START модуль ММЕ может посылать на базовую станцию следующие команды:



  • отказать в установлении RRC-соединений абонентским терминалам,
    запрашивающим ресурсы сети (за исключением терминалов, запрашивающих ресурсы сети для вызова экстренных служб);

  • отказать в установлении RRC-соединений абонентским терминалам,
    запрашивающим ресурсы сети для выполнения процедур поддержки
    мобильности.

Функция выбора узлов сети. Эта функция содержит следующие частные функции: функцию выбора шлюза P-GW; функцию выбора обслуживающего сервисного шлюза S-GW; функцию выбора модуля ММЕ; функцию выбора сетевого узла SGSN и функцию выбора функционального элемента PCRF.

Функция базовой сети ЕРС, связанная с использованием IP-протокола. Эта функция содержит следующие частные функции.

Функция сервера доменных имен (Domain Name ServerDNS) описана в спецификации RFC 1034, она позволяет устанавливать соответствие между доменным именем узла и его IP-адресом.

Функция динамической конфигурации хостов (Dynamic Host Configuration FunctionDHCP) позволяет выделять абонентским терминалам динамические IP-адреса. Возможности данной функции детально изложены в спецификациях RFC 2131, RFC 3736, RFC 3633 и RFC 4039.



    1. Радиоинтерфейс сети LTE

Радио интерфейс сети LTE E-UTRAN поддерживает два способа дуплексного разнесения каналов: частотный FDD и временной TDD. Функционирование сетей LTE имеет возможность выполняться в частотных диапазонах с разной шириной. Сигналы нисходящего и восходящего направлений смогут занимать полосы от 1,4 до 20 МГц в зависимости от числа действующих ресурсных блоков. Передача данных в восходящем и нисходящем течениях организована в кадрах, продолжительность которых одинакова 10 мс. Кадры разделяются на более незначительные временные структуры – слоты. В порядке с частотным разнесением FDD эпизод разделяется на 20 слотов, нумеруемые с нуля вплоть до 19-го, любой из которых обладает продолжительностью 0,5 мс. В режиме FDD временной ресурс в области границах кадра распределен напополам для передачи в обратных направлениях. Физические каналы в режиме FDD в обратных направлениях обладают обязательный дуплексный разнос. Порядок временного разнесения каналов TDD обладает асинхронной натурой. Передача данных в порядке TDD совершается одновременно в двух направлениях в одном диапазоне частот.

Характерной чертой радио интерфейса в направления «вниз» сети E-UTRAN считается применение технологии многочисленного доступа OFDMA (Orthogonal Frequency-Division Multiple Access) – мультиплексирование с ортогональным частотным разделением. Одина из первостепенных целей применения технологии OFDMA считается борьба с помехами, вызванных многолучевым распространением сигнала, таким образом, OFDM - сигнал рассматривается как множество медленно модулируемых узкополосных сигналов, а не как один стремительно модулируемый широкополосный сигнал. Методика OFDM базируется в формировании многочастотного сигнала, заключающегося из большого количества поднесущих частот (рис 1.3). При образовании OFDM - сигнала поток поочередных информационных символов продолжительностью Ти/N разбивается на блоки, имеющие N символов; Ти – продолжительность одного символа.

Рисунок 1.3 – Схема формирования OFDM - сигнала


Типы модуляции: QPSK, 16 QAM, 64 QAM могут использоваться в направления «вниз» сети E-UTRAN. Дискретное обратное быстрое преобразование Фурье (ОБПФ) применяется при создании OFDM/QAM-сигнала. Формирование OFDM – сигнала в передатчике базовой станции сети LTE E- UTRAN представлено на рисунке 1.3. Для борьбы с межсимвольной интерференцией применяются циклические префиксы ЦП (СР). Могут использовать малые и большие префиксы, продолжительность которых 4,7 мкс и 16,7 мкс соответственно.

Схема передачи данных с помощью технологии SC-FDMA (Single-carrier Frequency-Division Multiple Access) показана на рисунке 1.4.



Рисунок 1.4 – Передача данных с помощью технологии SC-FDMA


Циклические префиксы включается для того что бы исключить взаимное влияния пользователей в направления «наверх» сети E-UTRAN, а кроме того применяются эффективные эквалайзеры в приемных аппаратах. Разделение частотного ресурса между абонентами исполняется ресурсными блоками, каждому из которых отвечает полоса частот 180 кГц, что при разносе между соседними поднесущими частотами в 15 кГц соответствует 12 поднесущим. Наибольшее число доступных ресурсных блоков находится в зависимости от выделения системе диапазона частот, значение которого в силах приближаться вплоть до 20 МГц.


    1. Взаимодействие стандарта LTE с UMTS/GSM и стандартами не 3GPP

Главной проблемой, возникающей при взаимодействии сети LTE с сетями мобильной связи стандартов 3GPP (UMTS/GSM/HSPA+) считается – поддержка мобильности абонентского терминала при его передвижении из области обслуживания одной сети вместо обслуживания другой. Взаимодействие сети LTE с сетями 3GPP состоит в обеспечении дискретной мобильности (роуминга) и предоставления постоянной мобильной связи (хэндовера). Основными интерфейсами взаимодействия сети LTE с сетями 3GPP считаются интерфейсы S3, S4 и S12. Эти интерфейсы гарантируют связь логического компонента управления мобильностью MME и шлюза S-GW сети LTE с сервисным узлом SGSN сетей 3G с помощью туннельного протокола GTP (GPRS Tunneling Protocol). Протокол GTP нужен для передачи данных плоскости управления (протокол GTP-C) и для передачи данных плоскости пользователя (акт GTP-U). В обстоятельствах роуминга шлюз S-GW визитной сети взаимодействует с шлюзом P-GW (шлюз взаимодействия с пакетными сетями) домашней сети.

В сетях LTE взаимодействие с остальными сетями 3GPP для оказания классических услуг телефонии осуществляется с помощью как классической технологии коммутации каналов (TDM), так и технологии коммутации пакетов на основе сервисной подсистемы IMS.

При осуществлении голосового вызова, хэндовер между сетью LTE и другой сетью 3GPP, совершается с помощью взаимодействия логического компонента MME с сервером MSC; в случае вызовов из сети LTE в классический домен коммутации каналов (CS-домен) согласно интерфейсу Sv, и с по- мощью взаимодействия логического компонента MME с узлом SGSN; в случае голосового вызова с сети LTE в домен коммутации пакетов (PS-домен) согласно интерфейсу S3.

Взаимодействие сети LTE с сетями не 3GPP делится на взаимодействие с сетями с гарантированной безопасностью – «надежными» и взаимодействие с сетями с негарантированной безопасностью – «ненадежными». Сети стандартов (cdma2000, Wi-MAX) смогут представлять в качестве «надежных» сетей, в качестве «ненадежных» общественные IP-сети Интернета. Взаимодействие сети LTE с «надежными» сетями стандартов не 3GPP осуществляется с помощью шлюза P-GW, взаимодействие с «ненадежными» сетями – с помощью шлюза ePDG.

Мобильность абонентского терминала при взаимодействии сети LTE с сетями не 3GPP с учетом концепции построения базовой сети EPC «все через IP» базируется на протоколах управления мобильностью в IP-сетях:

• протоколы управления мобильностью на базе хостов - HBM (Host Based Mobility) – MIPv4, DSMIPv6;

• протоколы управления мобильностью на базе сети – NBM (Network Based Mobility) – PMIPv6.




    1. Технология MIMO в сетях LTE

Технология представляет собой беспроводной доступ, предусматривающая применение нескольких передатчиков и приемников, с целью одновременной передачи наибольшего числа данных иначе называемая MIMO (Multiple Input Multiple Output – многочисленный доступ, многочисленный вывод). Технология MIMO в сетях LTE представляет одну из значимых ролей в обеспечении высоких скоростей передачи данных.

Технология MIMO применяет результат передачи радиоволн, именуемый многолучевым распространением, когда передаваемые сигналы отражаются с большого количества предметов и преград и радиоантенна принимает сигналы под различными углами и в разное время. Использование технологии MIMO нам даст возможность повысить помехоустойчивость каналов связи, сократить относительное количество битов, принятых с погрешностью. Работа системы MIMO может быть организована двумя способами: в первом случае согласно принципу пространственного уплотнения и во втором случае по принципу пространственно-временного кодирования.

Согласно первому случаю разные передающие антенны передают разные части блока информационных символов либо разные информационные блоки. Передача данных проводится одновременно с двух либо с черырех антенн. В приемной стороне выполняется прием и распределение сигналов разных антенн.

Во втором случае, с абсолютно всех передающих антенн осуществляется передача одного и этого же потока данных с применением схемы предварительного кодирования.

Конфигурации антенн технологии MIMO имеют возможность принимать симметричные (2×2,4×4) и несимметричные (1×2,2×4) значения. На рисунке 1.5 продемонстрирована структурная схема системы MIMO.



Рисунок 1.5 – Структурная схема системы MIMO




  1. Расчет зоны покрытия сети 4G в Колыванском районе Новосибирской области


2.1 Анализ объекта проектирования
Целью данной выпускной квалификационной работы является проектирование сети сотовой связи четвертого поколения LTE в Колыванском районе Новосибирской области.

Колыванский район образован в 1925 году, расположен в северо-восточной части Новосибирской области, граничит с Новосибирским, Мошковским, Коченевским, Чулымским, Убинским районами и с Томской областью.

В современных границах район образован в 1955 году в результате объединения Колыванского и Пихтовского районов.

Территория всего - 10,6 тыс. кв. км, в том числе сельхозугодья –186,1 тыс. га.

По территории района протекает река Обь. Другие крупные реки — Чаус, Вьюна, Уень, Шегарка, Кашлам. Кроме этого, территория района богата озёрами. Наиболее крупное из них — Минзелинское.

Район представлен 54 населенными пунктами, объединенными в 12 поселений. Самыми крупными из них, являются рабочий поселок Колывань (11,7 тысяч чел.), села Скала (2,4 тыс. чел.), Новотырышкино (1,8 тыс. чел.), Пихтовка (1,6 тыс. чел.), Вьюны (1,1 тыс.чел.). Большая часть населенных пунктов находится в южной части района.

Общая численность населения – 24,5 тыс. человек.

В основном территория района застроена зданиями низкой этажности, что является характерным для сельской застройки.



Рисунок 2.1 – Территория Колыванского района Новосибирской области

В ходе планирования радиосетей LTE применяется новейший вид многостанционного доступа на основе технологии OFDM, в связи, с чем возникают новые определения и меняются методы проектирования.

Планирование радиосети LTE будет производиться в сельской территории, а это означает, то что плотность абонентов будет низка и базовые станции должны устанавливаться как можно дальше друг от друга, для того чтобы каждый eNB мог покрыть как можно большую территорию. В связи с этим необходимо выбрать подходящий радиочастотный спектр. В этом случае необходимо придерживаться положения, что чем ниже частота, тем дальше распространяется радиосигнал. Радиочастотный спектр 791 – 862 МГц полностью удовлетворит данному решению. Вид дуплекса выберем частотный – FDD.






Поделитесь с Вашими друзьями:
1   2   3   4


База данных защищена авторским правом ©nethash.ru 2019
обратиться к администрации

войти | регистрация
    Главная страница


загрузить материал