LTE: langaton laajakaista mobiiliverkoissa

1. 1 LTE: langaton laajakaista mobiiliverkoissa Tietoliikennetekniikan seminaari Tampereen teknillinen yliopisto Hannele Holm

2. 2 Part INetwork Architecture and ProtocolsCH 2 Network ArchitectureSudeep Palat and Philippe Godin 2.1 Introduction LTE on suunniteltu vain pakettikytkentäisiin verkkoihin, päinvastoin kuin edelliset piirikytkentäiset mobiiliverkot. Se tarjoaa saumattoman, katkeamattoman (seamless) yhteyden päätelaitteen (UE) ja pakettiverkon (PDN) välille. Termi ’LTE’ sisältää päätelaitteen liitynnän radioverkkoon evolved-UTRAN (E-UTRAN) ja myös radioverkon ulkopuoliseen, kiinteään verkkoon, jota kutsutaan‘System Architecture Evolution’ (SAE) ja joka sisältää Evolved Packet Core –verkon (EPC). LTE ja SAE yhdessä muodostavat Evolved Packet System (EPS). UTRAN – Universal Terrestial Radio Access Network /UMTS

3. 3 2.2 Overall Architectural Overview EPS tarjoaa käyttäjälle IP-yhteyden pakettiverkkoon, tyypillisesti QoS-palvelulla. Käyttäjällä voi olla samanaikainen yhteys VoIP-puhelulle ja tiedonsiirrolle. EPS-verkkopalveluun (bearer) liittyy tyypillisesti QoS. Tietoturva ja salaus on huomioitu. Verkko muodostuu Core Networkista, CN (EPC) ja pääsyverkosta (access network) E-UTRAN, joka muodostuu vain yhdestä elementistä eNodeB (evolved NodeB). Tämä kytkeytyy käyttäjän päätelaitteeseen (UE). Kaikki rajapinnat on standardoitu, mikä mahdollistaa useiden valmistajien laitteiden yhteensopivuuden. UTRAN – Universal Terrestial Radio Access Network /UMTS, E-UTRAN – Evolved-UTRAN

4. 4 2.2 The Core Network Core Network on nimeltään EPC tässä SAE-ympäristössä. CN on vastuussa UE:n ohjauksesta ja verkkopalveluyhteyden muodostamisesta. EPC:n loogiset solmupisteet ovat: PDN Gateway (P-GW) Serving Gateway (S-GW) Mobility Management Entity (MME) SAE -System Architecture Evolution

5. 5

6. 6

7. 7 2.2.1.1 Non-Access Stratum (NAS) Procedures NAS-proseduurit, erityisesti yhteyden hallintaan liittyvät proseduurit, ovat samanlaisia kuin UMTS:ssa kun UE kytkeytyy verkkoon MME luo UE:lle SAE-Temporary Mobile Subscriber Identity (S-TMSI), nämä tilaajatiedot on saatu HSS:ltä. em. nopeuttaa UE:n kytkeytymistä verkkoon, kun MME:n ei tarvitse konsultoida HSS:n kanssa kaiken aikaa. Tiedot sisältävät myös UE:n muut kytkennät/verkkopalvelut ja päätelaitteen kapasiteettitiedot E-UTRAN vapautuu UE:n Idle-tilassa (EPS Connection Management IDLE , ECM-IDLE) turhasta kuormituksesta, kun MME pitää UE:n informaation tallessa. UE herätellään datan tullessa siten, että MME lähettää paging-viestin kaikille eNodeB:lle kyseisellä TA-alueella, UE siirtyy ECM-CONNECTED-tilaan UE siirtyy idle-to-active tilaan. MME lähettää tarvittavat UE:n tiedot E-UTRAN:lle, joka käynnistää uudelleen verkkopalvelut (Bearers). NAS ja AS –protokollat toimivat samanaikaisesti toisin kuin UMTS:ssa. Kanavan/verkkopalvelun käynnistys ei odota tietoturva-proseduurin päättymistä. MME on vastuussa UE:n tietoturva-asetuksista. AS – Access Stratum --- Radiospesifiset funktiot

8. 8 2.2.2 The Access Network Päätelaite UE liittyy LTE:n Access-verkkoon, E-UTRAN-verkkoon, joka koostuu yksinkertaisesti vain eNodeB-solmujen muodostamasta verkosta E-UTRAN –arkkitehtuuri on ‘flat’, koska siinä ei ole keskitettyä kontrolleria eNodeB:t kytkeytyvät toisiinsa X2-liitännällä ja EPC-verkkoon S1-liitännällä, tarkemmin sanoen MME-liitäntä on S1-MME ja S-GW:hen S1-U. eNodeB:n ja UE:n välinen protokolla on nimeltään Access Stratum (AS). E-UTRAN on vastuussa kaikesta radioliikenteestä:

9. 9 Radio Source Management Radioverkkopalvelut (radio bearers), kuten ohjaus, hallinta ja pääsy sekä dynaaminen resurssien allokointi UE:lle sekä donwlinkissä että uplinkissä Header Compression IP-pakettien header-kenttien kompressointi, tärkeää VoIP:ssa, iso header/pieni data Security kaikki lähetetty data on kryptattu Connectivity to the EPC sisältää signaloinnin MME:lle ja verkkopalvelupolun (Bearer path) S-GW:lle eNodeB hallitsee useita soluja (cells) Toisin kuin aikaisemmat teknologiat, LTE integroi radiotoiminnot eNodeB:hen Tämä mahdollistaa eri protokollatasojen tiiviin vuorovaikutuksen radioliitännässä, vähentää latenssia ja tehostaa toimintaa LTE ei tue soft handoveria (liite 1), koska verkossa ei ole tarvetta keskitettyyn datan yhdistämiseen

10. 10 S1 linkittää Access Networkin Core Networkiin (EPC) S1-flex-konseptilla. Useat CN-solmut (MME / S-GW) voivat toimia tietyllä maantieteellisellä alueella ja olla yhteydessä useaan eNodeB:n (mesh-network) (ks. kuva 2.3, eNodeB#2) MME / S-GW -ryhmää kutsutaan pool-nimikkeellä ja aluetta, jolla ne toimivat, nimitetään pool area Tämä konsepti mahdollistaa kuorman tasauksen (load sharing) ja varmistaa vikatilanteissa yhteyksien toimivuuden

11. 11 2.2.3 Roaming Architecture Roaming on periaatteessa sama kuin kaikissa muissakin verkoissa. Käyttäjä on yhteydessä E-UTRAN, MME ja S-GW solmuihin vieraillessaan LTE-verkossa. P-GW on käytettävissä sekä koti- että vierasverkossa, asiakas voi käyttää kotioperaattorin palveluja vierasverkosta.

12. 12 2.2.4 Inter-Working with other Networks EPS tukee yhteyksiä muihin verkkoihin ja myös handover-toimintaa, esim. GSM, UMTS, CDMA2000 ja WiMAX S-GW toimii ankkurina muihin 3GPP-verkkoihin (GSM,UMTS) ja P-GW ei-3GPP-verkkoihin, kuten CDMA200 ja WiMAX

13. 13 2.3 Protocol Architecture 2.3.1 User Plane IP-paketit on kapsuloitu EPC-spesifisellä protokollalla P-GW:n ja eNodeB:n välillä, kun tietoa siirretään UE:lle. Erilaisia tunnelointiprotokollia käytetään eri interfacien välillä. Protokolla 3GPP:ssä on GPRS Tunneling Protocol (GTP), core networkin liitäntöjen S1 ja S5/S8 välillä. E-UTRANin Protokollapino on kuvassa 2.6

14. 14 2.3.1.1 Data Handling During Handover Handoverin aikana E-UTRAN:ssa pitää datan puskuroinnin hoitaa eNodeB itse, koska mitään erillistä keskitettyä kontrolleria ei ole PDCP-kerros hoitaa handoverin aikana datan (kpl 4.2.4)

15. 15 2.3.2 Control Plane UE:n ja MME:n välinen protokollapino nähdään ylläolevassa kuvassa harmaa osa kuvassa näyttää AS-protokollat (Access Stratum P.) RRC-protokolla tunnetaan ’Layer 3’ –protokollana AS-protokollapinossa. Se on olennaisin ohjausfunktio access-kerroksessa, sen vastuulla on radiopalvelun (radio bearers) muodostaminen eNB:n ja UE:n välillä RRC – Radio Resource Control

16. 16 2.4 Quality of Service and EPS Bearers Tyypillisessä tapauksessa asiakkaan UE:ssa on useita sovelluksia samanaikaisesti päällä, kaikilla niillä mahdollisesti eri QoS-vaatimukset (VoIP, FTP ) Verkkopalveluun (bearer) liittyy tietty QoS Class Identifier (QCI) ja Allocation and Retention Priority (ARP) QCI –lippuun liittyy prioriteetti, pakettiviiveen maksimiarvo (Packet delay budget) ja hyväksytty pakettien hävikkiarvo (Packet loss rate). Nämä arvot (QCI) määrittelevät miten pakettia käsitellään eNodeB:ssä.

17. 17 PCRF – Policy Control and Charging Rule Function PCEF – Policy Control Enforcement Function (P-GW:ssä) PCRF – Policy Control and Charging Rule Function PCEF – Policy Control Enforcement Function (P-GW:ssä)

18. 18 2.4.1 Bearer Establishment Procedure Kun yhteys on luotu, kaikki yhteydet kuvassa olevien liityntöjen kautta on luotu. 1. PCRF lähettää P-GW:lle viestin (PCC decision provision), jossa ilmoittaa vaadittavat QoS-arvot liittyen palveluun (bearer) 2. P-GW käyttää QoS-parametreja ja määrittelee bearer-tason ja lähettää ’Create Dedicated Bearer Request’ –viestin S-GW:lle. Viesti sisältää UL TFT:n. 3. S-GW lähettää edelleen ’Create Dedicated Bearer Request’ –viestin MME:lle 4. MME liittää viestiin tiedon istunnon hallinnan konfiguroinnista ja UL TFT:n sekä EPS-yhteyden ID-tunnuksen ja lähettää Bearer Setup Requst –viestin eNodeB:lle 5. eNodeB liittää EPS bearer QoS- määrityket radio bearer QoS- määrityksiin ja lähettää ’RRC Connection Reconfiguration’ –viestin. Se sisältää kaikki konfigurointiparametrit radioliitännälle, pääasiassa Layer 2:n (PDCP, RLC,, MAC –parametrit) mutta myös Layer 1 –parametrit ,joita UE tarvitsee alustaessaan protokollapinoa. 6 -10. Viestit ovat vasteita, joilla kerrotaan, että yhteyden muodostus on onnistunut.

19. 19 2.5 The E-UTRAN Network Interfaces: S1 Interface Self-Optimizing Networks (SONs) on yksi LTE:n avainasioista. Itse-optimoituva verkko on operattoreille merkittävä asia, väline, jolla voidaan hyödyntää verkon resursseja kustannustehokkaasti. Siksi SON on asetettu kulmakiveksi kaikkia X2- ja S1-proseduureja kehitettäessä. S1-liitäntä kytkee eNodeB:n EPC-verkkoon. Se jaetaan kahdeksi liitännäksi: ohjaustaso (Control plane) ja käyttäjätaso ( user plane)

20. 20 2.5.1 Protocol Structure Over S1 S1:n protokollarakenne pohjautuu täysin IP:n siirron pinoon, eikä sillä on mitään tekemistä SS7:n verkkokonfiguraatioiden kanssa, joita käytetään GSM:ssä ja UMTS:ssa. Yksinkertaistus vähentää osaltaan operatiivisia kustannuksia.

21. 21 2.5.1.1 Control Plane S1 ohjaustason (control plane) protokollarakenne näkyy kuvassa 2.10. Tämä perustuu Stream Control Transmission Protol /IP (SCTP/IP) –pinoon. SCTP-protokolla on tunnettu TCP:ltä perityistä piirteistä, joilla taataan luotettava signaaliviestien levitys. Sen lisäksi se käsittelee multistreams- lähetyksiä käyttäen hyväksi verkon redundanssia ja välttäen esim. multihome-ilmiötä. Yksi yksinkertaistus LTE:ssä on suora S1-AP - mappaus (S1 Application Protocol) SCTP:n yläpuolella. UMTS:iin verrattuna tästä on poistettu yhteyttä hoitava hallintaprotokolla. S1-AP:n ja SCTP:n välinen multipleksointi hoidetaan siten, että jokainen SCTP:hen liittyvä bittivirta (stream) on multipleksoitu useina itsenäisinä signaaliyhteyksinä. LTE:ssä lisää joustavuutta myös operaattorin päätäntävalta IP-versiosta ja Data Link Layerin valinnasta.

22. 22 2.5.1.2 User Plane GTP –GPRS Tunneling Protocol UDP –User Datagram Protocol Kuvan protokollapino on jo tunnettu UMTS-verkoissa. IP-versionumero ja Data Link Layer on jätetty optionaaliseksi kuten ohjaustasolla (control plane). Siirtopalvelu (transport bearer) merkitään GTP-tunnelin päätepisteillä ja IP-osoitteilla (Source Tunneling End ID , TEID) , kohteen TEID, lähteen IP-osoite ja kohteen IP-osoite. S-GW lähettää annetun verkkopalvelun (bearer) downlink-paketit eNodeB:lle, pakettiin on liitetty IP-osoite, joka puolestaan on saatu S1-AP:ltä. Samalla menetelmällä eNodeB lähettää upstream-paketit EPC:lle.

23. 23 2.5.2 Initiation Over S1 S1-MME control plane interface aloittaa sen MME:n määrittämisen, johon eNodeB:n pitää ottaa yhteyttä. Transport Network Layer (TNL) alustetaan. LTE:n S1-flex –toiminnan avulla eNodeB alustaa S!-liitännän ottamaan yhteyttä pool areaan , johon MME kuuluu. Vain yksi SCTP-yhteys kytketään eNodeB:n ja MME:n välille. SCTP-yhteyden aikana kaksi solmua neuvottelevat streamien maksimimäärästä, pareista, koska stream on yksisuuntainen (unidirectional). Yhteydelle varataan moninkertainen määrä pareja, jotta vältytään ns. head-of-line blocking –ilmiöltä. Kun TNL on perustettu, eNodeB ja MME vaihtavat joitakin sovellustason konfiguraatioita S1 SETUP-toiminnalla, jonka eNodeB käynnistää. Tässä on yksi esimerkki LTE verkon self-configuration-toiminnasta (SON). Operaattorilta jää pois manuaalinen konfigurointi, jota aikaisemmissa verkioissa pitää tehdä. Esimerkkinä tracking area –määritykset. Ne voidaan lähettää S1 SETUP-toiminnon aikana automaattisesti. Kun kaikki tarvittavat em. tiedot on konfiguroitu jokaiseen eNodeB:hen , ne voidaan lähettää automaattisesti kaikille tarvitseville MME:ille SETUP REQUEST-pyynnön mukana. Tämä vähentää oleellisesti konfigurointitarvetta core networkissa. Kun S1 SETUP –toiminto on suoritettu, S1 interface on toiminnassa.

24. 24 2.5.3 Context Management Over S1 Pool area –alueella UE liittyy yhteen MME:hen koko toimintansa aikana tällä alueella. Tämä luo yhteyden MME:n ja UE:välille. Ensimmäinen eNodeB, johon UE liittyy tällä alueella käyttää ns. NAS Node Selection Fuction (NNSF) valitessaan poolista MME:n. Kun UE tulee aktiiviseksi MME tarjoaa UE context informaatiota eNodeB:lle käyttäen INITIAL CONTEXT SETUP REQUEST –viestiä. Kun UE palaa idle-tilaan , MME lähettää UE CONTEXT RELAESE –viestin, eNodeB context häviää ja MME context säilyy.

25. 25 2.5.4 Bearer Management Over S1 LTE käyttää toimintoja, jotka luotettavasti alustavat, muodostavat ja vapauttavat verkkopalvelut (bearers) Siirtoyhteyskerroksen osoite ja tunnelin päätepisteet lähetetään eNodeB:lle REARER SETUP REQUEST –viestillä. eNodeB lähettää BEARER SETUP RESPONSE –viestin. Näillä viesteillä asiaankuuluvat eNodeB:t saavat tiedon palvelun (bearer) päätepisteistä. QoS-parametrit välitetään ja riippumatta standardin mukaisista QCI –arvoista, myös muita ennalta sovittuja arvoja voidaan käyttää (operator-vendor)

26. 26 2.5.5 Paging Over S1 Kun UE on idle-tilassa, MME lähettää paging-kyselyn asiaankuuluville NodeB:ille. Tämä perustuu Tracking area tietoihin, alueeseen, jossa UE:n oletetaan olevan. eNodeB saa PAGING REQUEST –viestin. Se lähettää page-viestin radiorajapinnan yli soluihin, jotka oletetaan olevan viestin sisältämällä tracking-alueella. PAGING REQUEST viesti sisältää myös UE:n yksilöivän indeksiarvon, jonka avulla eNB voi lakea milloin UE kytkee vastaanottimen päälle kuunnellakseen paging-viestejä.

27. 27 2.5.6 Mobility Over S1 LTE/SAE liikkuvuutta (mobility) LTE/SAE-ympäristössä, mutta myös muissa 3GPP- ja ei-3GPP-teknologioissa. 2.5.6.1 Intra-LTE Mobility UE:lle on LTE:ssä kaksi solunvaihtoa (handover) aktiivissa tilassa: S1-handover ja X2-handover. Intra-LTE –tilanteessa X2-handover –toiminta on kuten inter-eNodeB handover on kuvattu kpl 2.6.3. Jos X2-liityntää ei ole kahden eNodeB:n välillä, tai lähde-eNodeB on konfiguroitu käynnistämään handover S1-liitännän kautta kohde-eNodeB:hen, niin S1-handover käynnistyy.

28. 28

29. 29

30. 30 2.5.7 Load Management Over S1 S1:een liittyvät kuormanjakotoiminnot: normaali ’load balancing’, joka jakaa liikennettä ylikuormitustilanteissa ’load rebalancing’ –toiminta, joka osittain tai kokonaan purkaa MME:n ylikuorman MME:n kuormanjako pyrkii hajauttamaan liikenteen muille MME:ille poolissa ottaen huomioon niiden senhetkisen kapasiteetin. toiminta perustuu eNodeB:ssä olevaan NNSF-funktioon (osa S1-flex-funktiota) eNodeB tuntee etukäteen kunkin MME:n kapasiteetin ns. painokertoimen Jos uusi MME-solmu liittyy tai poistuu, voi olla välttämätöntä laskea uusi painokerroin joko lisäämällä tai vähentämällä sen arvoa kuormituksen mukaan kuormitettu MME lähettää odottamattoman kuormituspiikin aikana OVERLOAD-viestin S1-liitännän kautta eNodeB:lle. Se rajoittaa väliaikaisesti tietyntyyppistä liikennettä. Jos MME haluaa purkaa osan UE-yhteyksistään, se käyttää rebalancing-funktiota. Tämä funktio ohjaa UE:t liittymään muihin MME:ihin. UE Release Command –viestissä on erillinen ’cause value’ –kenttä.

31. 31 2.6 The E-UTRAN Network Interfaces: X2 Interface X2-liitäntää käytetään kytkemään eNodeB:t toisiinsa 2.6.1 Protocol Structure Over X2 Kuvassa 2.15 esitetään X2-liitännän protokollapino. Control plane -tason ja user plane -tason protokolla-pinot X2- ja S1-liitäntöjen kautta ovat samat. (kuva 2.16). Tämä yksinkertaistaa tiedon välitystä eteenpäin molemmissa liitännöissä.

32. 32 2.6.2 Initiation Over X2 X2-liitäntä voidaan muodostaa kahden eNodeB:n välille, jolloin ne voivat tarvittaessa vaihtaa signalointi-informaatiota: kuormitus- ja interferenssiin liittyvää informaatiota handover-tilanteeseen liittyvää informaatiota Sopiva naapuri määritellään joko konfiguraatolla tai Automatic Neighbour Relation Function (ANRF) –funktiolla. Tämä funktio käyttää hyväkseen UE:ita määrittelemään sopiva naapuri. ANRF on toinen esimerkki SON-prosessista, joka sisältyy LTE-konseptiin. SON – Self-Optimizing Networks UE:n ja eNodeB:n laskentatoimenpiteet tekevät mahdolliseksi verkon automaattisen säädön (auto-tune) Kun TNL (Transport Network Layer) on asetettu, eNodeB käynnistää X2-liitännän. Tämä taas käynnistää automaattisen tietojen vaihdon liittyen sovellustason X2:een liittyviin konfigurointitietoihin Jokainen eNodeB esimerkiksi raportoi X2 SETUP REQUEST –viestillä naapuri eNodeB:lle tiedon jokaisesta solusta, jota se hallitsee (solun fyysinen tunniste, taajuuskaista, tracking area –tunniste ja/tai siihen liittyvä PLMN (Public Land Mobile Network). Tämä automaattinen tietojen vaihto on eräs peruspiirteistä SON-verkossa: automaattinen Physical Cell Identities (PCIs). eNodeB:t saavat joko määritellyn PCI-arvon tai listan, jossa on vapaat PCI-arvot. Näin vältytään yhteentörmäyksiltä. PCI arvo sisältyy LTE:n X2 setup-toimintaan. Kun eNodeB tunnistaa ANRF-funktion avulla naapurisoluja, se eliminoi kaikki varatut PCI-arvot.

33. 33 2.6.3 Mobility Over X2

34. 34 2.6.3 Mobility Over X2

35. 35 2.6.3 Mobility Over X2 … 2.6.3.1 Seamless Handover Jos lähde-eNodeB valitsee saumattoman käytännön yhdelle verkkopalvelulle (bearer), se lähettää kohde-eNodeB:lle HANDOVER REQUEST –viestin mukana pyynnön GTP-tunnelin perustamisesta. Sitä pitkin downlink data lähetetään eteenpäin Jos kohde eNodeB hyväksyy, se lähettää HANDOVER REQUEST ACK –viestin mukana tunnelin päätepisteen. Lähde-eNB voi aloittaa datan lähettämisen S1-liitännän kautta tunnelin päätepistettä kohti samalla kun se käynnistää handoverin UE:lle. Kohde-eNB lähettää datan edelleen UE:lle niin pian kuin se on mahdollista.

36. 36 2.6.3.2 Lossless Handover Jos lähde-eNodeB valitsee hävikittömän käytännön yhdelle verkkopalvelulle (bearer), se voi lähettää edelleen X2:n kautta user plane downlink –paketit ,jotka se on PDCP-prosessoinut, mutta joita ei ole vielä lähetetty UE:lle Nämä paketit lähetetään edelleen PDCP SN –tiedolla ja GTP Extension header- kentän varustettuna, kohde-eNB lähettää paketit UE:lle oikeassa sekvenssijärjestyksessä (kpl 4.2) Selective retrasmission LTE:n uusi piirre on optimoida radio valikoivalla uudelleenlähetyksellä. Kun operoidaan lossless handover-moodilla, kohde-eNB ei lähetä radioliitäntään joitakin edelleen lähetettyjä paketteja, jotka on vastaanotettu X2-liitännän kautta, jos UE ilmoittaa, että paketit on jo vastaanotettu kohdepuolella. Tätä kutsutaan valikoivaksi uudelleenlähetykseksi. Samoin toimitaan uplink-tilanteessa. Näin vältytään radioresurssien haaskaamiselta. lähde-eNB lahettää edelleen paketit, jotka on vastaanotettu jakson ulkopuolella uutta GTP-tunnelia pitkin. Kohde-eNB pyytää lähde-eNB:tä perustamaan uuden GTP-tunnelin sisällyttäen HANDOVER REQUEST ACK –viestiin GTP-tunnelin päätepisteen PDCP - Packet Data Convergence Protocol

37. 37 2.6.3.3 Multiple Preparation LTE:n uusi piirre on myös ‘multiple preparation’. lähde- eNB liipaisee handover valmistautumisen useita eNB-kandidaatteja kohti yksi on oikea, mutta jos UE epäonnistuu yhteydenotossa, valmiina on jo toinen eNB kohde-eNB saa vain yhden RELEASE RESOURCE-viestin lopulta valitulta eNB:ltä (kirja s. 47.) valmistautuminen moni- tai yksi eNB –tilanteeseen, handover saattaa peruuntua: monivalmistautumisessa lähde-eNB:n pitäisi vastaanottaessaan RELEASE REQUEST –viestin liipaista ’cancel’-toiminta kohti jokaista ei-valittua, valmisteltua eNB:tä.

38. 38 2.6.4 Load and Interference Management Over X2 Avainasia LTE:ssä kuormitustilannetietojen jako eNB-solmujen kesken. LTE:n ’flat’ arkkitehtuurissa se on olennainen piirre, toisin kuin esim. UMTS:ssä, jossa on keskitetty RRM (Radio Recource Management) –solmu (ja RNC) kuormitus jaetaan kahteen ryhmään riippuen palvelun tarkoituksesta: Tiedonvaihto on suhteellisen hidasta, muutamia sekunteja, jos se palvelee X2 –load balancing –prosessia Tiedonvaihto on suhteellisen nopeaa, kymmeniä millisekunteja, jossa palvelee RRM-prosessien optimointia kuten interferenssin koordinointia (kpl 12.5)

39. 39 2.6.4.1 Load Balancing LTE:n SON (Self-Optimizing Networks ) -näkemys tulee esille myös load balancing-toiminnassa, samoin kuin aikaisemmin mainitut mm ANRF SON –funktio (kpl 2.6.2). Kuormantasauksen tarkoitus on parantaa koko järjestelmän kapasiteettia, jakamalla kuormaa eri soluille. tieto epätasaisesta kuormasta solujen välillä jaetaan eNB:iden kesken On kahdenlaista kuormitusta: radiomittaukset fyysisten resurssien käytöstä, real-time- ja non-real-time –liikenne- ja ei-radio-yhteydet eli prosessointi ja laitteistokuormitus client-server –mekanismia käytetään kuormitustilanteessa: RESOURCE STATUS RESPONSE/UPDATE –viesti raportoi X2-liitännän kautta kutsuvan eNB:n (client) ja hyväksyvän eNB:ien (servers) välillä kuormituksen raportointi on jaksottaista ja siksi ilmaistaan RESOURCE STATUS REQUEST –viestillä.

40. 40 2.6.4.2 Interference Management Erillistä Load Indication –toimintaa käytetään tilanteessa,jossa vaihdetaan kuormitustietoa X2-rajapinnan yli interferenssin hallinnasta. Tämä tiedonvaihto on taajuudeltaan nopeaa, koska kuormituksella on suora vaikutus RRM real time –prosesseihin. Uplink-interferenssille on tarjolla kaksi indikaattoria ’High Interference Indicator’ ja ’Overload Indicator’, jotka lähetetään LOAD INDICATION –viestissä . Tarkemmin kpl 12.5.

41. 41 2.6.5 UE Historical Information Over X2 LTE:n suunnittelussa on huomioitu SON (Self-Optimizing Networks). Yksi esimerkki lisää: UE:n historiatiedot, joka on osa X2-handover –toimintaa: muutamien solujen tiedot, joissa UE on vieraillut viimeksi mukaan lukien kulunut aika tieto välitetään muiden eNB kesken HANDOVER REQUEST –viestin mukana voidaan selvittää onko kyse ping-pong-ilmiöstä joidenkin solujen kesken HANDOVER REQUEST –viestin välittämää RRM (Radio Resource Manigement) UE:n RRM:hen liittyvää tietoa X2:n yli RRC transparent container solun RRM:hen liittyvää tietoa X2:n yli suoraan X2 AP HANDOVER REQUEST –viestin mukana

42. 42 2.7 Summary EPS (Evolved Packet System) tarjoaa UE päätelaitteille IP-yhteyttä pakettiverkkoon. EPS tukee monia datavuoyhteksiä monilla QoS-parametreilla jokaista UE:N sovellusta kohti. Jotkut niistä tarvitsevat guaranteed delay ja bit rate-palveluparametreja, kuten VoIP tai best effort web-selailu. Tässä kappaleessa on kuvattu EPS-verkkoarkkitehtuuri ja E-UTRAN – access network –toiminnallisuudet ja paketti-CN (core network). Verkko-operaattorille LTE-malli tarjoaa itse-optimoidun ja itse-konfiguroidun verkon X2-, S1- ja Uu-liitäntöjen kautta, mikä helpottaa asennuksia

43. 43 Liite 1 UMTS Handover Soft HandoverSoft handover means that the radio links are added and removed in a way that the UE always keeps at least one radio link to the UTRAN. Soft handover is performed by means of macro diversity, which refers to the condition that several radio links are active at the same time. Normally soft handover can be used when cells operated on the same frequency are changed.

44. Hannele Holm 44 Lyhenteet esityksen mukaisessa järjestyksessä vapaasti poimittuna päätelaite (UE) pakettiverkko (PDN) UTRAN – Universal Terrestial Radio Access Network /UMTS E-UTRAN –Evolved-UTRAN ‘System Architecture Evolution’ (SAE) - radioverkon ulkopuolinen, kiinteä verkko Evolved Packet Core –verkon (EPC) Evolved Packet System (EPS) Core Network, CN (EPC) E-UTRAN – Evolved-UTRAN PDN Gateway (P-GW) Serving Gateway (S-GW) Mobility Management Entity (MME) Home Subscriber Server (HSS) Home Location Register (HLR) Authentication Centre (AuC), autentikointi ja salausavaimet Policy Control and Charging Rules Function (PCRF) Policy Control Enforcement Function (PCEF) Non-Access Stratum (NAS) SAE-Temporary Mobile Subscriber Identity (S-TMSI) AS – Access Stratum --- Radiospesifiset funktiot GPRS Tunneling Protocol (GTP) PDCP Packet Data Convergence Protocol

45. Hannele Holm 45 RLC Radio Link Control MAC Medium Access Control RRC – Radio Resource Control QoS Class Identifier (QCI) Allocation and Retention Priority (ARP) Traffic Flow Templates (TFTs) UpLink TFT – UL TFT DownLink TFT - DL TFT Self-Optimizing Networks (SONs) Stream Control Transmission Protol /IP (SCTP/IP) S1-AP S1 Application Protocol Source Tunneling End ID , TEID NAS Node Selection Fuction (NNSF)