Upload
zied-bannour
View
334
Download
10
Embed Size (px)
DESCRIPTION
LTE cours
Citation preview
06/10/2010
1
1
Systme LTE/SAESystme LTE/SAE : : Interface radio, Interface radio,
Architecture et ProtocolesArchitecture et Protocoles
Sami TabbaneSami Tabbane
2
SommaireSommaireI. LTE/SAEII. Architecture rseau et protocolesIII. Protocoles du plan de contrleIV. Protocoles du plan usagerV. Couche physique pour le lien
descendantVI. Couche physique pour le lien
montant
I. LTE/SAEI. LTE/SAE
3 4
Releases 3GPP (1)Releases 3GPP (1)Release 99 (fige en Mars 2000)
- Premire version de la norme UMTS,- Introduction de lUTRAN,- Peu de modification du cur de rseau GSS.
Release 4 (fige en Mars 2001)- Evolution du transport dans le cur de rseau,- Sparation des donnes et du contrle dans le cur CS,- Premires tapes vers les NGN.
Release 5 (fige en Juin 2002)- Introduction de lIMS (pour le plan contrle, avec le domaine PS pour le plan transport),- HSDPA,- IP dans lUTRAN.
06/10/2010
2
5
Releases 3GPP (2)Releases 3GPP (2)Release 6 (fige en Dcembre 2004)
- HSUPA (E-DCH),- MBMS,- MIMO,- Partage du rseau,- Amliorations IMS : services temps rel, convergence avec le fixe, intgration de modes daccs alternatifs (WLANs, xDSL, 3GPP2).
Release 7- Evolution vers le tout-IP,- Evolution vers le B3G,- MIMO, UMTS 2,6 GHz, UMTS 900 MHz.
6
UMTS Release 99UMTS Release 99
CS Core PS Core
MSC/VLR GMSC SGSN GGSN
Node B
RNC
HLR
OMCMMSC
SCP
Billing
Base sur GSM et GPRS
7
UMTS Release 4UMTS Release 4
CS PS CoreMGW GMGW SGSN GGSN
Node B
RNC
HLR
OMCMMSC
SCP
Billing
Plans de contrle et de transport spars pour CS
CS
MSC Server GMSC Server
8
UMTS Release 5UMTS Release 5
CS PS CoreMGW GMGW SGSN GGSN
Node B
RNC
HSS
OMCMMSC
SCP
Billing
Introduction dIMS et IP dans le RAN
CS
MSC Server GMSC ServerCSCF MGCFIMS
06/10/2010
3
9
Release 99 1999 Release 4 2001 Release 5 2002FDD et TDD 384 kb/s TDD 1,28 Mb/s volution du transport
vers lIPServices GSM/GPRS Rpteur UTRA IMSHandover GSM/GPRS TFO/TrFO HSDPASupport pour appels multiples
LCS sur interfaces rseau QoS fiable pour le domaine PS
LCS sur interface radio volution vers un coeur de rseau IP
Release 6 2004 Release 7 2006 Beyond 3G - LTEHSUPA TDD amlior Modulation OFDMvolution vers cur tout IP et IP dans RAN
Technologie MIMO Autres technologies en cours dtude
Dbits thoriques de 14 Mb/s (DL) et 5 Mb/s (UL)
Support amlior IMS
Intgration avec dautres WLANs
Synthse des volutionsSynthse des volutions
10
Objectifs du LTE (1)Objectifs du LTE (1) Dfis de lE-UTRAN :
Demande de dbits de donnes plus importants Prvision dallocations de spectre 3G additionnel Plus grande flexibilit dans lallocation de
frquences : Opration dans des bandes apparies ou non sur les liens montant et descendant de largeurs 1.25, 2.5, 5, 10, 15 et 20 MHz
Coexistence avec GERAN et UTRAN Comptition avec des technologies avec ou sans
licence (WiMAX, WiFi, )
11
Objectifs du LTE (2)Objectifs du LTE (2) Objectifs du E-UTRAN :Augmenter significativement les dbits pic : Jusqu 100 Mb/s en lien
descendant et 50 Mb/s en lien montant avec un spectre de 20 MHzDbit binaire augment en bordure de celluleEfficacit spectrale amliore (3 4 fois le lien descendant de
lUTRAN et 2 3 fois le lien montant de lUTRAN)Latence rduite: Rduire la latence pour les changements dtats RRC
et la transmission sur le rseau daccs (Moins de 5 ms)Flexibilit de spectre (Scalable Bandwidth): 1.25/2.5/5/10/20 MHzJusqu 200 utilisateurs actifs dans une cellule, pour une bande de 5
MHz12
Objectifs du LTE (3)Objectifs du LTE (3) Enhanced Multimedia Broadcast Multicast Service (E-
MBMS) Support amlior de la qualit de service de bout-en-bout Cots dOPEX rduits Complexit systme et terminal, cots et consommation
de puissance acceptables Compatibilit avec les versions antrieures et dautres
systmes Optimis pour les faibles vitesses mobiles (
06/10/2010
4
13
Technologies en Faveur du LTETechnologies en Faveur du LTE OFDM (Orthogonal Frequency Division
Multiplexing) Egalisation dans le domaine frquentiel SC-FDMA (Single-Carrier FDMA) MIMO (Multiple-Input Multiple-Output) Ordonnancement (Scheduling) de ressources
dpendant du canal multi-porteuses Rutilisation fractionnaire de frquences
(Fractional Frequency Reuse)14
SpectreSpectre 1/81/8 Raret des ressources spectrales :
Partie basse du spectre (commenant 400 MHz) surcharge par des applications numriques, analogiques, publiques et militaires
Partie haute du spectre (au dessus de 2 GHz) offrant des possibilits dextensions et dapplications gourmandes en dbit mais cellules de tailles rduites
Manque dharmonisation : Pour des raisons historiques et des disparits dans les rgles de
rgulation, lallocation spectrale diffre entre pays Difficult de dfinition lchelle mondiale du spectre
systme
15
SpectreSpectre 2/82/8 GSM :
Initialement construit pour fonctionner sur une bande unique 900 MHz
Les spcifications GSM laissaient peu de possibilits pour tendre dautres bandes
Avec le succs du GSM, le besoin davoir des frquences additionnelles sest fait sentir pour supporter le nombre grandissant dabonns et doprateurs
Modification du GSM pour pouvoir supporter dautres frquences: Bandes 1800 et 1900 MHz, puis bandes 450, 480 et 850 MHz
16
SpectreSpectre 3/83/8 3G et IMT-2000 :
Un des objectifs tait doffrir une mobilit globale Ncessit dun niveau minimum dharmonisation de
spectre Dcision prise au WARC-92 (World Administrative
Radio Conference of 1992) pour identifier 230 MHz de spectre sur une base mondiale
Spectre partag en deux bandes: 1885-2025 MHz 2110-2200 MHz
06/10/2010
5
17
SpectreSpectre 4/84/8 3G et IMT-2000 :
Les tudes de spectre du WARC-92 sont bases sur lhypothse de services faibles dbits
Besoin de frquences additionnelles soulev durant le WRC-2000 (World Radiocommunication Conference 2000)
Pour pouvoir offrir des services multimdia, 3 bandes additionnelles ont t dfinies (ajout de presque 500 MHz):
806-960 MHz 1710-1885 MHz 2500-2690 MHz
18
SpectreSpectre 5/85/8
Allocation de Spectre pour lIMT-2000 (WRC-2000)
19
SpectreSpectre 6/86/8 3G et IMT-2000 :
Le WRC-07 a identifi des bandes basses pour la couverture et des bandes hautes pour la capacit
Nouvelles Bandes Identifies au WRC-07 20
SpectreSpectre 7/87/8 La bande de couverture principale se trouve dans les
frquences UHF 470-806/862 MHz utilises actuellement pour la diffusion TV terrestre:
La sous-bande 790-862 MHz a t identifie en Europe et en Asie-Pacifique
La sous-bande 698-806 MHz a t identifie aux Amriques La sous-bande 450-470 MHz a t identifie globalement
La bande de capacit principale se trouve dans la bande C 3.4-4.2 GHz: La sous-bande 3.4-3.8 GHz a t identifie en Europe et en Asie-Pacifique
La bande 2.3-2.4 GHz a t identifie en Chine au WRC-2000 (Non disponible en Europe et aux Amriques)
06/10/2010
6
21
SpectreSpectre 8/88/8 LIMT-2000 ne spcifie pas la faon avec
laquelle le spectre doit tre utilis Dcision laisse au rgulateur local
En Europe, lutilisation du spectre est sous la responsabilit de lERC (EuropeanRadiocommunications Committee), au sein du CEPT (European Conference of Postal and Telecommunications Administrations)
Concepts EPS (EPS = LTE+SAE)Concepts EPS (EPS = LTE+SAE) Architecture plate et simplifie compare celle hirarchique
2G/3G Architecture uniquement paquet compare larchitecture
2G/3G circuit et paquet Connectivit permanente tout-IP compare des contextes PDP
temporaires ou permanents en 2G/3G dans le domaine paquet Interface radio totalement partage compare des ressources
ddies et partages dans larchitecture 2G/3G Handover possible vers les rseaux 2G/3G et
CDMA/CDMA2000.
22
X2
Architectures UTRAN et Evolved Architectures UTRAN et Evolved UTRANUTRAN
Core Network
RNCRNC Iur
Iub Iub Iub Iub
Core Network
Iu Iu
NodeB
eNodeB eNodeB
S1 S1
Architecture UTRAN Architecture E-UTRAN
23
Architecture Architecture ciblecible EPS (LTE+SAE)EPS (LTE+SAE)LTE : Long Term EvolutionSAE : System Architecture Evolution MME : Mobility Management EntityGW : GatewayPCRF : Policy and Charging Rules Function HSS : Home Subscriber ServerAAA : Authentication, Authorization and AccountingIMS : IP Multimedia SubsystemCombined MME+Serving GW+PDN GW = aGWaGW : Access Gateway
Serving GW
IP Network
UE eNode B
IP Network
PDN GW
MME
LTESAE
IMSHSS
PCRF
S6
Gx
Cx, Sh
Rx
24
06/10/2010
7
II.II. Architecture Architecture rseau et protocolesrseau et protocoles
25
1. Prsentation gnrale de larchitecture2. Architecture protocolaire
3. QoS et bearers EPS4. Interfaces rseau E-UTRAN :
interface S1
5. Interfaces rseau E-UTRAN : interface X2
26
27
Architecture Globale de lEPSArchitecture Globale de lEPS 1/21/2
Architecture Globale de lEPS
28
Architecture Globale de lEPSArchitecture Globale de lEPS 2/22/2
Les blocs spcifiques lEvolved UMTS (EPS : Evolved Packet System) sont: Le EPC (Evolved Packet Core) Le E-UTRAN (Evolved UTRAN)
A travers des Media Gateway, lIMS (IP Multimedia Subsystem) fournit un accs: Aux rseaux IP publics ou privs Au rseau tlphonique public
06/10/2010
8
29
EE--UTRANUTRAN 1/71/7
Architectures UTRAN et Evolved UTRAN30
EE--UTRANUTRAN 2/72/7 Le rseau UTRAN est compos:
Node B : transmission et la rception sur linterface radio RNC (Radio Network Controller) : configuration des NodeB
et de lallocation de ressources radio Modle en toile du 2G/GSM : Un seul contrleur (le
RNC) contrle un grand nombre (typiquement quelques centaines) de stations de base radio (Node B) sur linterface Iub
Interface Iur inter-RNC : ancrage dappels au niveau RNC et la macro-diversit entre diffrents NodeB contrls par diffrents RNC
31
EE--UTRANUTRAN 3/73/7 Larchitecture UTRAN a conduit des Node B simples et des
RNC trs compliqus Le RNC doit grer les ressources et le trafic en plus dune partie significative des protocoles radio
Le E-UTRAN a une structure simple : Il est compos uniquement de eNodeB (Evolved NodeB)
RNC 3G hrit du BSC (Base Station Controller) 2G a disparu du E-UTRAN Les eNodeB sont directement connects au rseau cur travers linterface S1
Fonctionnalits du RNC distribues entre eNodeB et entits MME et Serving Gateway du rseau cur
32
EE--UTRANUTRAN 4/74/7 Le terme Node provient du fait que la Station
de Base peut tre implmente comme un nud : Mono-cellule offrant une couverture et des
services dans une seule cellule Multi-cellule, o chaque cellule couvre un secteur
gographique donn
Modles de eNodeB Possibles
06/10/2010
9
33
EE--UTRANUTRAN 5/75/7 Interface X2 : entre eNodeB pour minimiser la perte de paquets
due la mobilit utilisateur Paquets non transmis ou non acquitts, stocks dans lancien
eNodeB sont transmis vers le nouveau eNodeB travers linterface X2
Architecture E-UTRAN proche de larchitecture WiFi et WiMAX : eNodeB supporte les fonctionnalits de couches 1 et 2 associes linterface physique OFDM et directement connect aux routeurs rseau
Architecture de rseau simplifie (peu de nuds de diffrents types) Fonctionnement rseau simplifi Performances amliores sur linterface radio
34
EE--UTRANUTRAN 6/76/7 Terminaison des protocoles de la Couche 2 dans le eNodeB
plutt que dans le RNC rduction des dlais de transmission dus la transmission de paquets rpts sur linterface Iub
eNodeB supporte des fonctionnalits lies aux procdures de la couche physique : Modulation et dmodulation Codage canal et dcodage canal
Le eNodeB inclue des fonctionnalits supplmentaires dcoulant de labsence de RNC dans larchitecture E-UTRAN: Contrle de Ressources Radio: Allocation, modification et
libration de ressources pour la transmission sur linterface radio
35
EE--UTRANUTRAN 7/77/7
Gestion de la Mobilit Radio: Traitement des mesures
et dcision de handover
Protocoles de Couche 2 de lInterface Radio: la Couche 2 assure le transfert de donnes sur linterface
radio Dtection/correction derreurs sur linterface
radio
36
EPCEPC 1/31/3
EPC (Evolved Packet Core) compos : Du MME (Mobility Management Entity) Du Serving GW (Serving Gateway) Du PDN GW (Packet Data Network Gateway) Du PCRF (Policy and Charging Rules
Function)
06/10/2010
10
37
EPCEPC 2/32/3 MME en charge des fonctions du Plan de Contrle
lies labonn et la gestion de session : Procdures de scurit : Authentification de lutilisateur
et ngociation des algorithmes de chiffrement et de protection dintgrit
Gestion de la session terminal-rseau : Procdures de signalisation utilises pour crer un contexte Packet Data et ngocier les paramtres associs (Qualit de Service)
Gestion de la localisation du terminal en mode IDLE : Mise jour du TA (Tracking Area) utilise par le rseau pour joindre le terminal en cas de session entrante
MME li, travers linterface S6, au HSS (base de donnes des informations des abonns).
38
EPCEPC 3/33/3 Serving GW : point de terminaison de linterface
paquet de donnes vers le E-UTRAN Lorsque le terminal se dplace travers les eNodeB, le
Serving GW joue le rle dune ancre locale de mobilit Paquets routs travers le Serving GW pour la mobilit intra-E-UTRAN et la mobilit avec dautres technologies (2G/GSM, 3G/UMTS,)
Le PDN GW : Point de terminaison de linterface paquet de donnes vers
le PDN (Packet Data Network) Ancre pour les sessions vers le rseau PDN externe Supporte des fonctionnalit de Policy Enforcement, de
facturation volue et de filtrage de paquets
39
Classes des TerminauxClasses des Terminaux 1/21/2 5 classes de terminaux : dbits de 5 75 Mb/s sur le
lien montant et 10 300 Mb/s sur le lien descendant Toutes les classes de terminaux peuvent utiliser la bande
de 20 MHz pour la transmission et la rception Seule la classe 5 utilise le 64-QAM en UL Toutes les
classes utilisent le QPSK et le 16-QAM en UL A lexception de la classe 1, toutes les autres classes
offrent la diversit de rception et le MIMO 300 Mb/s en DL uniquement avec classe 5 grce
lutilisation de 4 antennes mettrices au eNodeB40
Classes des TerminauxClasses des Terminaux 2/22/2
Catgories des Terminaux LTE
06/10/2010
11
41
Interfaces du Rseau EInterfaces du Rseau E--UTRANUTRAN 1/41/4
Modle de lInterface Rseau E-UTRAN (S1 + X2)42
Interfaces du Rseau EInterfaces du Rseau E--UTRANUTRAN 2/42/4 E-UTRAN compos de deux parties principales :
La couche rseau radio (protocoles de haut niveau de linterface)
La couche rseau de transport (dfini les modalites de transport des donnes de la couche rseau radio)
Sparation = indpendance entre les deux couches La partie application peut voluer sans impact sur
la couche transport et vice versa Chaque interface est partage entre plan
utilisateur (User Plane) et plan de contrle (Control Plane)
43
Interfaces du Rseau EInterfaces du Rseau E--UTRANUTRAN 3/43/4 Plan utilisateur transporte les donnes utilisateurs :
Paquets voix et donnes Signalisation niveau application (paquets SIP, SDP ou RTCP)
Avant transmission sur linterface, paquets du plan utilisateur transmis la couche transport sans traitement
Plan de contrle relatif aux messages et procdures lies aux caractristiques de fonctionnement de linterface : Messages de contrle de gestion de handover Messages de contrle de Bearer
44
Interfaces du Rseau EInterfaces du Rseau E--UTRANUTRAN 4/44/4 Couche physique : partie de la couche transport, commune aux
plans utilisateur et contrle Information du plan de contrle plus contraignante en termes
de scurit, de fiabilit et de perte de donnes Plan utilisateur repose sur des protocoles de routage moins
scuriss Dtails des interfaces S1 et X2 compltement spcifis par le
3GPP Les eNodeB de diffrents quipementiers peuvent tre:
Interconnects travers linterface X2 Etre connects au MME ou au Serving GW, travers linterface S1
06/10/2010
12
45
Demande de Service (1)Demande de Service (1)
Exemple dun Service Request Initi par lUtilisateur 1/246
Demande de Service (2)Demande de Service (2)
Exemple dun Service Request Initi par lUtilisateur 2/2
KSI: Key Set Identifier
47
Demande de Service (3)Demande de Service (3) Le terminal en mode IDLE peut reprendre une session
Web, initier un appel tlphonique ou activer toute sorte de services (Services IMS) Transition de ltat IDLE vers ltat ACTIVE
Le rseau peut dclencher la demande de service Philosophie Always-On :
Lorsque le terminal passe en mode IDLE, tous les bearers EPS sont prservs dans le rseau cur avec leurs caractristiques de qualit de service (QoS ou Quality of Service)
Lorsque le terminal repasse en mode ACTIVE Il ny a pas besoin de rtablir les bearers dans lEPC Seule la partie E-UTRAN du bearer (Radio Bearer) a
besoin dtre rtablie
48
Demande de Service (4)Demande de Service (4) Pour initier un service, le terminal envoie un message
un message Service Request au MME en utilisant la procdure dAccs Alatoire
Le message Service Request contient: Lidentit temporaire de lutilisateur (S-TMSI) Une indication propos du type de service demand
Si ncessaire, la procdure dauthentification NAS est accomplie (Procdure AKA) Le MME peut instaurer ou changer la protection dintgrit et de chiffrement NAS (message NAS Security Mode Command)
Le KSIASME (Key Set Identifier) identifie lensemble de cls NAS utiliss pour lintgrit et le chiffrement
06/10/2010
13
49
Demande de Service (5)Demande de Service (5) Le MME accomplit la procdure de Initial Context Setup pour:
Crer les bearers EPS et le contexte du terminal dans le eNodeB
Etablir les ressources ncessaires des bearers sur les interfaces radio et S1
Le message Initial Context Setup contient les lments NAS: Attributs de qualit de service (QoS ou Quality of Service) Algorithmes dintgrit et de chiffrement choisis par le
MME KeNB: Ensemble de cls utiliser par le eNodeB ( lchelle
du PDCP) pour lintgrit et le cryptage Le dmarrage de la scurit lchelle du rseau daccs fait
partie de la procdure dtablissement du Radio Bearer (RB)50
Demande de Service (6)Demande de Service (6) Tous les bearers (incluant le bearer EPS par dfaut)
qui taient actifs entre le rseau et le terminal avant la dernire transition au mode IDLE sont disponibles et utilisables de nouveau.
Le MME met jour le bearer li lutilisateur pour le Serving GW Le Serving GW est capable de transmettre des donnes au terminal
Remarque: Il ny a pas dchange de signalisation entre le Serving GW et le PDN GW puisque le segment EPS des bearers est prserv dans lEPC lorsque le terminal tait IDLE
EPS EPS BearerBearer Identifie de manire unique le trafic auquel sapplique une QoS donne
entre lUE et le PDN GW.
Traffic flow template (TFT) = ensemble des filtres associs un EPS bearer.
EPS bearer tabli lorsque lUE sattache au rseau. Reste tabli pendant la dure du rattachement afin de fournir lUE la connectectivit IP permanente (always-on connectivity). Bearer appel default bearer.
Tout EPS bearer supplmentaire est appel dedicated bearer. Le dedicated bearer est tabli pour une dure donne. A chaque dedicatedbearer est associ un TFT.
Le default bearer peut tre assimil un contexte PDP permanent. Le dedicated bearer est un context PDP temporaire.
51 52
Qualit de Service (1)Qualit de Service (1) Les paramtres et algorithmes de Qualit de
Service sont lis aux flux dinformations auxquels ils sappliquent Introduction de la notion de bearer EPS
Le bearer EPS est quivalent au PDP context en 2G/GPRS et 3G/UMTS Concept logique qui sapplique entre le terminal et
le PDN GW Agrge un ou plusieurs flux de donnes transports
entre le terminal et le PDN GW
06/10/2010
14
53
Qualit de Service (2)Qualit de Service (2)
Exemple de deux bearers EPS, du terminal au PDN GW
54
Qualit de Service (3)Qualit de Service (3) Un bearer EPS est compos de 3 lments:
Un bearer S5: tunnel transportant des paquets entre le Serving GW et le PDN GW
Un bearer S1: tunnel transportant des paquets entre le Serving GW et le eNodeB
Un bearer Radio: connexion RLC entre le eNodeB et le terminal une seule machine protocolaire RLC par bearer Radio
Les flux lmentaires transports par un bearer EPS sont appels SDF (Service Data Flow)
55
Qualit de Service (4)Qualit de Service (4) Un SDF est caractris par:
Un 5-uple IP : Adresse IP source, Adresse IP destination, Numro de port de la source, Numro de port de la destination, ID du protocole au dessus de lIP
Service ou application utilise Un SD peut correspondre une connexion un serveur WEB,
un serveur de streaming, ou un serveur de mailbox Un bearer EPS correspond une politique de Qualit de
Service applique lintrieur du EPC et du E-UTRAN Tous les flux SDF transports par un bearer EPS sont appliqus au mme algorithme dordonnancement, utilisant la mme priorit, la mme configuration RLC,
56
Activation dun Activation dun BearerBearer Ddi (1) Ddi (1) La procdure dactivation de bearer est utilise quand le
terminal ou le rseau veut activer une nouvelle application en mode ACTIVE Pas besoin de crer une connexion RRC ou accomplir une procdure AKA
La signalisation lchelle application (base sur SIP, SDP,) est change entre le terminal et lentit connecte (un serveur application ou un autre terminal)
Le PDN GW: Dtermine les caractristiques de Qualit de Service pour le
nouveau bearer EPS et initie la cration de ce bearer Action dclenche par le RCRF (Policy and Charging Rules
Function)
06/10/2010
15
57
Activation dun Activation dun BearerBearer Ddi (2) Ddi (2) Les ressources associes au nouveau bearer sont
cres sur Linterface S (Message Bearer Setup Request) Linterface radio (Message RB Establishment Request
RRC) Les paramtres QoS (Faisant partie de la couche
SM ou Session Management) sont transfrs du MME au terminal avec les messages BearerSetup Request et RB Establishment RequestRRC pour limiter la signalisation
58
Activation dun Activation dun BearerBearer Ddi (3) Ddi (3)
Exemple dActivation de Bearer Ddi 1/2
59
Activation dun Activation dun BearerBearer Ddi (4) Ddi (4)
Exemple dActivation de Bearer Ddi 2/2
60
Interface S1: Plan UtilisateurInterface S1: Plan Utilisateur Linterface S1 du plan de contrle, ou S1-U, a pour rle de transporter
les paquets de donnes utilisateur entre le eNodeB et le Serving GW Elle utilise le protocole GTP (GPRS Tunneling Protocol), au dessus du
protocole UDP/IP, et offre juste une encapsulation des donnes utilisateur
Elle nutilise aucun contrle de flux, aucun contrle derreurs et aucun mcanisme garantissant la livraison des donnes
Le protocole GTP est hrit des rseaux 2G/GPRS et du 3G/UMTS: Pour les rseaux 2G/GPRS, le protocole GTP est utilis entre le
SGSN et le GGSN Pour les rseaux 3G/UMTS, le protocole GTP est utilis sur
linterface Iu-PS (entre le RNC et le SGSN)
06/10/2010
16
61
Interface S1: Plan de ContrleInterface S1: Plan de Contrle1/21/2 Linterface S1 du plan de contrle, ou S1-C, est une interface de
signalisation supportant un ensemble de fonctions et de procdures entre le eNodeB et le MME
Les procdures de signalisation de S1-C appartiennent 4 groupes principaux: Procdures relatives un bearer: Procdures lies ltablissement,
la modification et la libration dun bearer Procdures de handover: Englobe les fonctions S1 lies la mobilit
des utilisateurs entre eNodeB ou avec les technologies 2G/3G Transport de la signalisation NAS (Non Access Stratum): Transport
de la signalisation entre terminal et MME, travers linterface S1 (signalisation transparente au eNodeB)
62
Interface S1: Plan de ContrleInterface S1: Plan de Contrle2/22/2 Procdure de paging: Utilise dans le cas dune session
termine chez lutilisateur (Le MME demande au eNodeB de faire le paging dun terminal dans une cellule donne)
Linterface S1-C doit offrir un haut niveau de fiabilit afin dviter la retransmission de donnes et des dlais inutiles lexcution des procdures du plan de contrle Service offert par le protocole SCTP
SCTP (Stream Control Transmission Protocol) est un protocole de transport fiable orient connexion trs similaire au protocole TCP
SCTP implmente un contrle de flux et de congestion, une dtection des donnes errones, perdues ou dupliques et supporte un mcanisme de retransmission slective
63
Flexibilit de lInterface S1 (Flexibilit de lInterface S1 (S1S1--flexflex)) 1/31/3
Connectivit dAccs-Rseau Cur Traditionnelle et S1-flex64
Flexibilit de lInterface S1 (Flexibilit de lInterface S1 (S1S1--flexflex)) 2/32/3 Une pool area est:
Une zone o le terminal peut se dplacer sans avoir besoin de changer le nud du rseau cur le servant
Compose dun ensemble prdfini de eNodeB Les pool areas peuvent se chevaucher Une pool area peut tre servie par un ou plusieurs MME
et/ou Serving GW Un MME ou Serving GW peut servir une ou plusieurs pool
areas
Malgr quun eNodeB peut tre connect quelques MME, un terminal ne peut tre associ qu un seul MME
06/10/2010
17
65
Flexibilit de lInterface S1 (Flexibilit de lInterface S1 (S1S1--flexflex)) 3/33/3 La flexibilit de linterface S1 a beaucoup davantages:
Extension de la zone de service dun nud du rseau cur Rduction du nombre de procdures de handover entre nuds du rseau cur
Permettre la dfinition dune architecture rseau partage par diffrents oprateurs
Permettre au rseau dtre plus robuste aux pannes du rseau cur
Prsenter des avantages dans la gestion de la charge du rseau: quilibrage et redistribution de la charge en dirigeant les nouvelles demandes de connexions vers les nuds les moins chargs du rseau
66
Interface X2: Plan UtilisateurInterface X2: Plan Utilisateur Linterface X2 du plan utilisateur, ou X2-U, a
pour rle de transporter les paquets de donnes entre eNodeB
Linterface X2-U: Est utilise pendant une priode limite en temps,
quand le terminal se dplace dun eNodeB un autre, et offre un transfert des paquets de donnes dans le buffer
Utilise le mme protocole GTP que linterface S1-U
67
Interface X2: Plan de ContrleInterface X2: Plan de Contrle Linterface X2 du plan de contrle, ou X2-C, est une
interface de signalisation qui supporte un ensemble de fonctions et de procdures entre eNodeB
Les procdures X2-C sont limites en nombre et sont lies la mobilit de lutilisateur entre eNodeB
Linterface X2-C: Utilise une procdure dindication de charge (Load
Indicator) permettant un eNodeB de signaler sa charge des eNodeB voisins
A besoin dun transport fiable entre nuds assur par le protocole SCTP
68
Architecture du Plan UtilisateurArchitecture du Plan Utilisateur 1/21/2
Pile de Protocoles du Plan Utilisateur
06/10/2010
18
69
Architecture du Plan UtilisateurArchitecture du Plan Utilisateur 2/22/2 Le plan utilisateur inclut:
Des donnes utilisateurs (Paquets de voix, Contenu WEB,) De la signalisation associe aux services application (SIP, RTCP)
La signalisation de haut niveau (vue comme de linformation de contrle par les couches application) est mise travers le plan utilisateur
La couche application peut comprendre un ensemble large de protocoles: Protocoles de transport de bout en bout (TCP ou UDP) et RTP
(Real Time Protocol) pour le transport des donnes utilisateur Protocoles de signalisation niveau application (SIP, SDP, RTCP)
70
TunnlisationTunnlisation des Donnes par GTPdes Donnes par GTP 1/41/4
Le rle principal de la tunnlisation de donnes est de rgler les problmes de routages de paquets conscutifs aux mouvements des terminaux
La route suivie par les paquets, arrivant dun rseau externe au PDN GW, peut changer durant une session cause du : Changement du Serving eNodeB Changement du Serving GW (plus rare) Des tunnels vers de nouveaux nud de service sont tablis
lorsque cest ncessaire pour maintenir la continuit du service
71
TunnlisationTunnlisation des Donnes par GTPdes Donnes par GTP 2/42/4
Utilisation de Tunnels GTP en Cas de Mobilit du Terminal72
TunnlisationTunnlisation des Donnes par GTPdes Donnes par GTP 3/43/4
La tunnlisation des donnes utilisateurs entre nuds du rseau est assure par le protocole GTP (GPRS Tunneling Protocol), hrit de la norme 2G/GPRS
Le protocole GTP est compos de deux parties: Partie Plan Utilisateur (GTP-U): Offre une encapsulation
des donnes utilisateur et la transmission entre deux nuds Partie Plan de Contrle (GTP-C):
Utilise par la partie EPC du rseau Offre tous les messages et procdures de gestion dun tunnel
et de gestion de localisation
06/10/2010
19
73
TunnlisationTunnlisation des Donnes par GTPdes Donnes par GTP 4/44/4
Le paquet de donnes (Header + Payload) est prserv Le header GTP rajout permet lextrmit rceptrice
didentifier le tunnel correspondant au paquet reu Les paquets encapsuls par le protocole GTP sont transports
entre deux extrmits en utilisant la pile de protocoles UDP/IP
Effet de la Tunnlisation GTP
III.III. Protocoles du Protocoles du plan de contrleplan de contrle
74
RRC (Radio Resource Control) Slection de cellule et de
PLMN Paging
75 76
Architecture du Plan de ContrleArchitecture du Plan de Contrle 1/31/3
Pile de Protocoles du Plan de Contrle
06/10/2010
20
77
Architecture du Plan de ContrleArchitecture du Plan de Contrle 2/32/3 Le Plan de Contrle correspond aux flux
dinformation considrs comme de la signalisation par le E-UTRAN et le EPC: Signalisation RRC (Radio Resource Control) au sein
du E-UTRAN (Gestion de Radio Bearer, Mobilit radio, Paging utilisateur)
Signalisation NAS (Non Access Stratum): Fonctions et services indpendants de la technologie daccs
La signalisation NAS inclut: La couche GMM (GPRS Mobility Management) La couche SM (Session Management)
78
Architecture du Plan de ContrleArchitecture du Plan de Contrle 3/33/3 Les couches GMM et SM sont en charge des
procdures de signalisation entre le terminal et le MME: Gestion de session, Gestion de bearer EPS, Contrle de scurit et Authentification
Le Plan de Contrle utilise la mme pile de protocoles (PDCP, RLC, MAC et PHY) que la Plan Utilisateur
Les informations des plans Utilisateur et de Contrle ne sont pas transmises de la mme manire: Plusieurs Bearers Radio sont tablis entre le terminal et le
rseau Chaque bearer radio correspond un procd de
transmission, une protection radio et une gestion de priorit
79
Couche RRCCouche RRC 1/361/36 La couche RRC (Radio Resource Control) est un
protocole de signalisation entre le terminal et le eNode B assurant les fonctions: Gestion de la connexion RRC: Etablissement et libration
dune connexion RRC entre le terminal et le eNodeB Etablissement et libration de ressources radio: Allocation
de ressources pour le transport de messages de signalisation et de donnes utilisateur entre le terminal et le eNodeB
Diffusion dinformations systme: A travers le canal logique BCCH Lies au rseau daccs (Paramtres lis la radio) ou au rseau
cur (Identit du PLMN,)
80
Couche RRCCouche RRC 2/362/36 Paging: A travers le canal logique PCCH Transmission de messages de signalisation de et vers lEPC:
Messages NAS (Non Access Stratum) traits de manire transparente par le RRC
Les messages RRC (Radio Resource Control) prsentent une majeur partie des informations de contrle changes entre le terminal et le E-UTRAN
Le RRC du E-UTRAN a t simplifi significativement par rapport au UTRAN: Rduction du nombre de messages
Le RRC du E-UTRAN utilise le mme langage protocolaire que le UTRAN: ASN.1 (Abstract SyntaxNotation One)
06/10/2010
21
81
Couche RRCCouche RRC 3/363/36
Les tats du terminal dans le E-UTRAN ont aussi t simplifis significativement par rapport lUTRAN: 2 tats: RRC_CONNECTED (Connexion RRC tablie) RRC_IDLE (Connexion RRC non tablie)
Etats de la Couche RRC82
Couche RRCCouche RRC 4/364/36
A ltat RRC_IDLE, le terminal Na pas de connexion avec le eNodeB Scrute le canal de paging pour dtecter des appels
entrants Reoit priodiquement les informations systme
diffuses Ralise des mesures sur les cellules voisines Ralise la slection ou la reslection de cellules Un rception discontinue (DRX: Discontinuous
Reception) est utilis La mobilit est contrle par le terminal
83
Couche RRCCouche RRC 5/365/36
A ltat RRC_CONNECTED, le terminal: A une localisation connue au niveau cellule Emet/reoit des donnes vers le/du rseau Scrute les canaux de contrle pour savoir sil y a des
donnes ordonnances Fournit la qualit du canal et des informations de retour au
eNodeB Ralise des mesures sur les cellules voisines et les rapporte
au eNodeB Peut obtenir des informations systme du BCCH Peut tre configur pour un DRX spcifique A une mobilit contrle par le rseau (Procdure de
Handover)84
Couche RRCCouche RRC 6/366/36
Etats RRC du E-UTRAN et Transitions Entre Etats dans les Systmes 3GPP
06/10/2010
22
85
Couche RRCCouche RRC 7/367/36
Les SRB (Signaling Radio Bearers) permettent de vhiculer les messages RRC et NAS
Il existe 3 SRB: SRB0:
Utilis pour tablir une connexion ou suite la rupture dune liaison radio
Utilise le CCCH pour vhiculer les messages RRC: RRC Connection Request RRC Connection Setup RRC Connection Reject RRC Connection Reestablishment Request
86
Couche RRCCouche RRC 8/368/36
SRB1: Utilis aprs ltablissement dune connexion RRC Utilise le DCCH pour vhiculer des messages RRC et
NAS jusqu activation de la scurit SRB2:
Utilis aprs activation de la scurit Permet de vhiculer uniquement les messages NAS Les messages RRC sont toujours transfrs par SRB1 SRB2 a une priorit plus faible que SRB1
87
Couche RRCCouche RRC 9/369/36
La couche RRC fournit les fonctions: De diffusion dinformation systme De paging Dtablissement, maintien et libration de connexions
RRC entre le terminal et le E-UTRAN De scurit et de gestion de cls Dtablissement, de maintenance et de libration de
Bearers Radio point--point De reporting de mesures et de contrle de reporting De handover
88
Couche RRCCouche RRC 10/3610/36 De slection et de reslection de cellules et
de contrle de slection et de reslection de cellules
Transfert de contexte entre des eNodeB Transfert direct de messages NAS entre le
terminal et le rseau Transfert des caractristiques du terminal Gestion des erreurs de protocoles.
06/10/2010
23
89
Couche RRCCouche RRC 11/3611/36
Les informations systme contiennent des informations lies au NAS (Non-Access Stratum) et lAS (Access Stratum)
Les lments dinformations systmes sont groups dans un MIB (Master Information Block) et des SIBs(System Information Blocks)
Le MIB Est transport sur le BCH toutes les 40 ms Contient la bande systme sur le lien descendant, la
configuration du PHICH et le SFN (System Frame Number) Le terminal coute le MIB pour dcoder le SCH
90
Couche RRCCouche RRC 12/3612/36
SIB1: Est ordonnanc et rpt avec une priode de 80 ms Contient des informations lies:
A laccs (Identit PLMN, Tracking Area Code, Identit de la cellule)
A la slection de cellule (Niveau Rx minimum requis, offset) Au p-Max (Maximum Packet Error Probability) A la bande en frquence A lordonnancement A la configuration TDD A la longueur de la fentre SI (System information)
91
Couche RRCCouche RRC 13/3613/36
A lexception de SIB1, tous les SIBs sont contenus dans des messages SI
Chaque message SI est transmis priodiquement dans des fentres en temps (SI-Window)
Les SI-Windows de messages SI diffrents ne se chevauchent pas
La longueur dun SI-Window est dfinie dans SIB1 et est commune tous les messages SI
92
Couche RRCCouche RRC 14/3614/36
Acquisition des SIs
06/10/2010
24
93
Couche RRCCouche RRC 15/3615/36 Le premier message SI contient SIB2 comme premire entre
SIB2 nest pas liste dans les informations dordonnancement dans SIB1
SIB2 contient des informations de configuration de ressources radio communes tous les terminaux Access Barring Information Configuration des ressources radio des canaux communs (RACH,
BCCH, PCCH, PRACH, PDSCH, PUSCH, PUCCH, Signaux de rfrence de sondage, Informations de contrle de puissance sur le lien montant)
Temporisateurs et Constantes Configuration de sous-trame MBSFN
94
Couche RRCCouche RRC 16/3616/36
SIB3 contient: Des informations de reslection de cellules (intra-frquence, inter-
frquence, inter-RAT) Des paramtres de mise lchelle pour fournir des ensembles diffrents
de paramtres de reslection de cellule dpendant de la vitesse du terminal
SIB4 contient des informations lies aux cellules voisines pour la reslection de cellule intra-frquence (Liste des cellules voisines, Liste des cellules black-listes)
SIB5 contient des informations pour la reslection de cellules inter-frquence (Informations lies aux cellules voisines inter-frquence, Liste de cellules inter-frquence black-listes)
95
Couche RRCCouche RRC 17/3617/36 SIB6 contient des informations de reslection de cellules
lUTRAN SIB7 contient des informations de reslection de cellules au
GERAN SIB8 contient des informations de reslection de cellules cdma2000 SIB9 contient un identificateur du eNodeB (48 octets au maximum) SIB10 et SIB11 contiennent des notifications primaire et secondaire
ETWS (Earthquake and Tsunami Warning System) La priode de modification dinformations systmes commence :
SFN modulo (Priode de Modification) = 0 Durant la premire priode de modification, un indicateur de
modification dinformations systmes est envoy aux terminaux par un message de paging
96
Couche RRCCouche RRC 18/3618/36
Le message de paging est utilis pour: Informer le terminal en mode RRC_IDLE un appel entrant
(termin au terminal) Informer le terminal en mode RRC_IDLE ou
RRC_CONNECTED que les informations systmes vont changer ou quune notification ETWS est poste en SIB10 ou SIB11
Un terminal utilisant le DRX en mode RRC_IDLE doit savoir quand se rveiller pour recevoir la bonne sous-trame Le terminal stocke le cycle de paging et le numro de groupe de paging aprs rception des informations ncessaires du SIB2
Le message de paging contient un S-TMSI (ID temporaire alloue par le MME) ou un IMSI
06/10/2010
25
97
Couche RRCCouche RRC 19/3619/36 En se basant sur des mesures et des paramtres de slection
de cellules fournis dans les SIB, le terminal slectionne une cellule convenable et campe sur elle
Un paramtre de priorit a t introduit en LTE: Le eNodeBpeut fournir une priorit par frquence LTE et par RAT dans les SIBs ou le message RRC Connection Release
Si le terminal campe sur une cellule sur une frquence de haute priorit, il na pas besoin de mesurer des cellules sur dautres frquences ou dautres RAT si la puissance du signal de la cellule serveuse est au dessus dun certain seuil
Si le terminal campe sur une cellule de faible priorit, il mesure rgulirement dautres cellules de plus hautes priorit ou dautres RAT
98
Couche RRCCouche RRC 20/3620/36
Procdure dEtablissement dune Connexion RRC
99
Couche RRCCouche RRC 21/3621/36 La procdure dtablissement dune connexion RRC est
dclenche par une demande de la couche NAS du terminal pour: Un appel sortant initi par le terminal Le transfert de signalisation NAS La rponse un paging
Ltablissement de connexion RRC saccompagne de ltablissement du SRB1
Si le rseau est charg, le eNodeB peut: Fixer des paramtres pour barrer laccs par classe dans SIB2, ou Rejeter le message RRC Connexion Request avec un temps
dattente (Wait Timer)
100
Couche RRCCouche RRC 22/3622/36 Si le terminal a un S-TMSI valide, il linclue dans le message RRC
Connection Request, sinon il inclue une squence alatoire de 40 bits SIB1 diffuse jusqu 6 identits PLMN pour faciliter le partage de
rseau entre oprateurs Le terminal en slectionne 1 et le rapporte dans le message RRC Connection Setup Complete
Si le terminal est enregistr un MME, il inclue galement lidentit du MME enregistr dans le message RRC Connection Setup Complete
Le eNodeB slectionne le MME qui stocke le contexte du terminal en mode RRC_IDLE, au cas o S1-flex est dploy, et commence ltablissement dune connexion S1 Le terminal passe ltat RRC_CONNECTED
06/10/2010
26
101
Couche RRCCouche RRC 23/3623/36
Les cls de scurit pour lAS (Access Stratum): Couvrent les donnes utilisateurs et la signalisation de contrle RRC Sont diffrentes de celles utilises ct EPC
Ct eNodeB, les cls ncessaires sont: KeNB: Drive par le terminal et le MME partir du KASME (Master
Key) puis dlivre par le MME au eNodeB KeNB est utilis pour driver les cls ncessaires au trafic AS et la cl
KeNB* durant un handover KeNB*: Driv par le terminal et le eNodeB source partir de KeNB ou
dun NH (Next Hop) valide Durant un handover, le terminal et le eNodeB cible drivent une nouvelle cl KeNB partir de KeNB*
102
Couche RRCCouche RRC 24/3624/36 KUPenc: Drive de KeNB et utilise pour le chiffrement du
plan utilisateur KRRCint: Drive de KeNB et utilise pour assurer lintgrit
des messages RRC KRRCenc: Drive de KeNB et utilise pour le chiffrement des
messages RRC Next Hop (NH): Cl intermdiaire utilise pour driver
KeNB* pour assurer la scurit durant un handover intra-LTE Le NCC (Next Hop Chaining Counter) dtermine si le
prochain KeNB* doit tre bas sur le KeNB courant ou sur un NH frais: Pas de NH frais PCI (Physical Cell Identity) cible + KeNB NH frais PCI cible + NH
103
Couche RRCCouche RRC 25/3625/36 Le terminal et lEPC partagent la mme Master Key KASME:
Le Master Key nest pas fournie en dehors de lEPC Des cls drives du Master Key et ncessaires au trafic entre le
terminal et le eNodeB sont dlivres au eNodeB Le eNodeB garde les cls tant que le terminal est connect Le
eNodeB supprime les cls quand le terminal passe en mode RRC_IDLE ou un autre eNodeB
Lintgrit et le chiffrement RRC sont toujours activs ensemble et ne sont jamais dsactivs Possibilit dutiliser un algorithme de chiffrement NULL
Les algorithmes de scurit utilisent les cls et des nombres de squences en entre (PDCP Sequence Number+Hyper Frame Number)
104
Couche RRCCouche RRC 26/3626/36
La procdure de reconfiguration de connexion RRC est utilise pour maintenir et modifier des Bearers Radio et librer des Bearers Radio de donnes
Procdure de Reconfigurationde Connexion RRC
06/10/2010
27
105
Couche RRCCouche RRC 27/3627/36
Les SRBs (Signaling Radio Bearers) ne peuvent pas tre librs par la procdure de reconfiguration de connexion RRC
Les paramtres dfinis dans le groupe dlments de configuration de ressources radio dans le message RRC Connection Reconfiguration prcisent la configuration du Bearer Radio
Quand un message RRC Connection reconfiguration est utilis pour tablir un nouveau Bearer Radio de donnes (DRB: Data Radio Bearer), un message NAS correspondant est inclus dans le message
106
Couche RRCCouche RRC 28/3628/36 Un paramtre dans le message RRC Connection
Reconfiguration est utilis pour configurer les mesures effectues au terminal: Mesures lintrieur du LTE Mesures effectues sur dautres RAT
La configuration des mesures comporte: 1- Objets mesurs - Le E-UTRAN configure un seul objet
de mesure pour chaque frquence: (a) Pour les mesures intra- et inter-frquence, lobjet de mesures est
une frquence porteuse unique Liste doffsets spcifiques aux cellules + Liste de cellules black-listes
(b) Pour les mesures inter-RAT UTRA, un objet de mesures est un ensemble de cellules sur une frquence porteuse unique
107
Couche RRCCouche RRC 29/3629/36 (c) Pour les mesures inter-RAT GERAN, un objet de
mesures est un ensemble de frquences porteuses (d) Pour les mesures inter-RAT cdma2000, un objet de
mesures est un ensemble de cellules sur une seule frquence porteuse
2- Configuration du Reporting - Critres et formats de Reporting:
Critres de Reporting: Utiliss par le terminal pour dclencher un rapport de mesure (Priodique ou dclench par des vnements)
Format de Reporting: Quantits inclure dans les rapports de mesures (Nombre de cellules rapporter,)
108
Couche RRCCouche RRC 30/3630/36
Les rapports dclenchs par des vnements sont: A1: Serveuse devient meilleure quun seuil absolu A2: Serveuse devient moins bonne quun seuil absolu A3: Voisine devient meilleure dun offset que serveuse A4: Voisine devient meilleure quun seuil absolu A5: Serveuse devient moins bonne quun seuil absolu Seuil-1
et voisine devient meilleure quun seuil absolu Seuil-2 B1 (Inter-RAT): Voisine devient meilleure quun seuil absolu B2 (Inter-RAT): Serveuse devient moins bonne quun seuil
absolu Seuil-1 et voisine devient meilleure quun seuil absolu Seuil-2
06/10/2010
28
109
Couche RRCCouche RRC 31/3631/36 3- Identits de mesures: Une identit de mesure lie
un objet de mesure avec une configuration de Reporting Utilises comme numros de rfrences dans les rapports de mesures
4- Configurations de quantits: Une configuration de quantit par RAT (E-UTRAN,
UTRAN, GERAN et cdma2000) contenant les coefficients de filtre pour le type de mesures
5- Gaps de mesures: Priodes que le terminal peut utiliser pour effectuer des mesures (Inter-frquence et inter-RAT)
110
Couche RRCCouche RRC 32/3632/36
Le eNodeB dclenche le handover en se basant sur des rsultats de mesures reues du terminal
Un handover peut tre ralis: A lintrieur du E-UTRAN A partir dun autre RAT vers le E-UTRAN Du E-UTRAN vers un autre RAT
Un handover peut tre classifi comme: Intra-frquence intra-LTE Inter-frquence intra-LTE Inter-RAT vers LTE, Inter-RAT vers UTRAN, Inter-
RAT vers GERAN et Inter-RAT vers cdma2000
111
Couche RRCCouche RRC 33/3633/36 Handover Intra-LTE:
La source et la cible sont dans le systme LTE Le message RRC Connection Reconfiguration avec
informations de contrle de mobilit (paramtres ncessaires au handover) est utilis comme commande de handover
Lorsquune interface X2 existe entre le eNodeB source et le eNodeB cible:
Le eNodeB source envoie un message X2: Handover Request au eNodeB cible Prparation du eNodeB cible
Le eNodeB cible prpare un message RRC Connection Reconfiguration et lenvoie au eNodeB source dans un message X2: Handover Request Acknowledge
112
Couche RRCCouche RRC 34/3634/36
Procdure de HandoverInter-ENodeB
06/10/2010
29
113
Couche RRCCouche RRC 35/3635/36
Handover Inter-RAT vers dautres technologies daccs En se basant sur les mesures remontes par le
terminal, le eNodeB choisit le RAT cible Pour effectuer le handover inter-RAT:
Un message de commande de handover est construit par le RAT cible et envoy au eNodeB source de manire transparente
Le eNodeB source inclue la commande de handoverdans le message Mobility from E-UTRA Command et lenvoie au terminal
114
Couche RRCCouche RRC 36/3636/36
Handover Inter-RAT depuis dautres technologies daccs radio: Le handover est dclench en se basant sur des critres
dfinis dans le RAT source Lorsque le eNodeB cible reoit le message S1:
Handover Request du MME: Il alloue les ressources ncessaires Construit un message RRC Connection Reconfiguration
(Commande de Handover) et lenvoie dans un message S1: Handover Request Acknowledge au MME
Le message RRC Connection Reconfiguration est transfr au terminal travers le RAT source
115
Slection de CelluleSlection de Cellule 1/21/2 La slection de cellule est la procdure permettant
au terminal de choisir une cellule convenable et effectuer un enregistrement initial
La slection de cellule prend en compte 4 types dinformation : Oprateur rseau (PLMN) Technologie: Lutilisateur et loprateur ont la possibilit
de stocker dans le module USIM une liste de technologies prfres
Critres radio: Les paramtres utiliss dans les critres de de slection de cellule sont diffuss sur le BCCH
Etat de la cellule (Cell Status)116
Slection de CelluleSlection de Cellule 2/22/2 Loprateur a la flexibilit de changer ltat de chaque
cellule Permettre ou interdire le terminal de slectionner ou de reslectionner une cellule
Pour une cellule en service, ltat de la cellule correspond not Barred et not Reserved
Ltat Barred interdit au terminal de slectionner ou de reslectionner la cellule, mme en cas durgence
Ltat Reserved signifie que la cellule est rserve pour lutilisation de loprateur: Seul le personnel de loprateur (Classes dAccs 11 et 15)
peut effectuer la slection ou la reslection de la cellule Les autres abonns doivent considrer la cellule comme
barre
06/10/2010
30
117
Principe de Principe de ReslectionReslection de Cellulesde Cellules 1/31/3 La reslection de cellules permet dassurer que le
mobile en mode IDLE campe sur la meilleure cellule (en termes de puissance et de qualit)
La reslection de cellules est cause par la mobilit du terminal mais aussi par les fluctuations de lenvironnement radio (variations de la puissance du signal et du niveau dinterfrence)
Les critres de reslection de cellule sont valus par chaque terminal, en utilisant: Des mesures radio effectues par le terminal lui-mme
(niveaux reus des canaux balises) Des paramtres (Seuils) fournis par le rseau et le
System Information118
Principe de Principe de ReslectionReslection de Cellules 2/3de Cellules 2/3
Pour un terminal multi-mode dans un environnement offrant plusieurs types daccs multiple: Le terminal value les critres de reslection en
utilisant des mesures des diffrentes frquences et techniques daccs disponibles
Le rseau aiguille les terminaux vers la couche rseau la plus approprie en contrlant les valeurs et les paramtres utiliss dans les critres de reslection
119
Principe de Principe de ReslectionReslection de Cellulesde Cellules 3/33/3 Exemples de critres de reslection:
Partage de rseaux (Network Sharing): La couverture dune zone peut tre partage entre diffrents
oprateurs (surtout pour les zones faible densit) La reslection permet daiguiller le terminal vers loprateur
appropri en bordure de partage de rseau Conditions de charge de rseau: En fonction de la
charge de certaines couches ou technologies daccs, la reslection permet de donner priorit des cellules appropries
Rseaux privs et zones domestiques (Home Zones): La reslection permet de donner priorit aux cellules prives/domestiques
120
Gestion de LocalisationGestion de Localisation 1/81/8 Lorsque le terminal est actif (ACTIVE Mode):
Sa localisation est connue au niveau cellule, afin De ragir rapidement aux changements de cellules Dallouer de nouvelles ressources dans la nouvelle cellule De librer les anciennes ressources non utilises
Sa localisation est gouverne par les procdures de handover
Lorsque le terminal est non actif (IDLE Mode): Le rseau a besoin de connatre sa localisation pour
ltablissement de sessions termines au mobile Les procdures du IDLE Mode ne demandent pas une
localisation trs prcise Notion de Tracking Area (TA)
06/10/2010
31
121
Gestion de LocalisationGestion de Localisation 2/82/8 Le TA est dfini comme un ensemble de cellules contiges Les TA ne se chevauchent pas entre elles Lidentit du TA (Tracking Area Identity ou TAI) laquelle
appartient la cellule est diffuse sur le BCCH Lorsque le rseau a besoin de joindre le terminal, un
message de paging est envoy toutes les cellules appartenant la Tracking Area
Le dimensionnement dun TA rsulte dun compromis entre charge de signalisation rseau et charge radio du paging: Si le TA est petit, le mouvement du terminal rsulte en un
nombre important de procdures de mises jour de TA Si le TA est grand, un appel entrant gnre un message de paging
dans chaque cellule du TA o se trouve le mobile
122
Gestion de LocalisationGestion de Localisation 3/83/8
Le TA courant du terminal est signal au rseau cur (Core Network): A linscription initiale (Initial Registration) Au changement de zones (rsultant du
dplacement de labonn dans le rseau) De manire priodique (mme sil ne bouge pas),
afin que le rseau cur se dbarrasse du contexte dun mobile non joignable (terminal ne pouvant pas se dsinscrire ou hors couverture)
123
Gestion de LocalisationGestion de Localisation 4/84/8
Inscription multi-TA (Multi-TA registration) 1/2: La norme autorise le mobile sinscrire plusieurs TA Le terminal neffectue aucune mise jour de TA tant
quil reste dans la couverture des TA auxquels il est inscrit Optimisation de la charge de signalisation entre le rseau et le terminal en IDLE mode
Le mcanisme multi-TA permet de rduire le nombre de mises jour TA pour les terminaux en bordures de Tracking Areas
La liste de TA dans lesquelles le mobile est inscrit est communique par le rseau durant le processus de mise jour de TA
124
Gestion de LocalisationGestion de Localisation 5/85/8 Inscription multi-TA (Multi-TA registration) 2/2:
Le terminal reste inscrit dans la liste de TA jusqu ce quil entre dans un TA nappartenant pas la liste ou reoit une liste mise jour du rseau
Un Exemple dInscription Multi-TA
06/10/2010
32
125
Gestion de LocalisationGestion de Localisation 6/86/8
Comparaison avec le 2G/GPRS et lUMTS 1/2: Le concept de Location Area a t introduit au dbut
du 2G/GSM Avec le 2G/GPRS et lUMTS, 4 types de rgions sont
utilises: LA (Location Area): Utilise par le domaine circuit du rseau
cur (MSC/VLR) RA (Routing Area): Utilise par le domaine paquet du rseau
cur (Un LA peut inclure un ou plusieurs RA) URA (UTRAN Registration Area): Rgion dinscription
lchelle du rseau daccs UMTS Cellule
126
Gestion de LocalisationGestion de Localisation 7/87/8
Relations entre les Zones de Localisation UMTS
127
Gestion de LocalisationGestion de Localisation 8/88/8 Comparaison avec le 2G/GPRS et lUMTS 2/2:
LURA a t introduit pour assouplir la gestion de localisation du terminal dans lUTRAN (en relation avec les tats introduits dans la couche RRC dans lUTRAN)
Les LA et RA sont similaires au concept de TA (groupes de cellules non chevauchs)
Lintroduction dURA avec chevauchements permet de rduire la charge de signalisation de mise jour dURA (Similaire au Multi-TA)
La gestion de localisation dans le LTE a t simplifie parce que:
Il nexiste quun domaine du rseau cur (EPC) Pas de zone dinscription lchelle du rseau daccs
128
Mise Jour du Mise Jour du TrackingTracking AreaArea 1/71/7
Exemple de Mise Jour dun TA
06/10/2010
33
129
Mise Jour du Mise Jour du TrackingTracking AreaArea 2/72/7 Oprations effectues durant la mise jour du TA:
Mise jour du chemin de bearer: Si un bearer est disponible (consquence de la connectivit Always-on IP), le chemin de ce bearer dans lEPC doit tre mis jour
Le PDN Gateway doit tre mis jour avec le Serving GW en charge du nouveau TA
Un nouveau bearer doit tre cre entre le terminal et le nouveau Serving GW
Transfert de contexte (IMSI, donnes de souscription, ) de lancien MME au nouveau MME
Mise jour de la base de donne HSS avec lidentit et ladresse IP du nouveau MME
130
Mise Jour du Mise Jour du TrackingTracking AreaArea 3/73/7
Mise Jour de TA Inter-MME: Flux de Messages 1/2
131
Mise Jour du Mise Jour du TrackingTracking AreaArea 4/74/7
Mise Jour de TA Inter-MME: Flux de Messages 2/2132
Mise Jour du Mise Jour du TrackingTracking AreaArea 5/75/7
Lors dune reslection de cellule, le terminal peut se retrouver dans un TA auquel il nest pas inscrit Dclenchement de lmission dun message TA Update Request vers le nouveau MME servant le eNodeB courant
Le message TA Update Request contient deux paramtres cl: Le S-TMSI identifiant labonn Lancien TAI
Le nouveau MME retrouve linformation utilisateur de lancien MME en envoyant le message Context Request, contenant le S-TMSI et lancien TAI
Le contexte contient lIMSI, linformation de souscription et des vecteurs dauthentification
06/10/2010
34
133
Mise Jour du Mise Jour du TrackingTracking AreaArea 6/76/7
Le nouveau MME excute une procdure AKA (Authentication and Key Agreement) pour: Authentifier le terminal Protger la suite dchanges de signalisation sur linterface radio
Aprs acceptation de la mise jour du TA, le MME met jour le chemin du bearer en utilisant le message Create Bearer Request relay au nouveau PDN GW par le Serving GW
Le HSS est mis jour avec la nouvelle localisation du terminal avec un message Update Location envoy par le nouveau MME
Lancien MME est inform par le HSS que labonn a t localis avec un autre MME Libration de lancien bearer entre lancien Serving GW et le PDN GW
134
Mise Jour du Mise Jour du TrackingTracking AreaArea 7/77/7
Le nouveau MME informe le terminal de la russite de la procdure de mise jour de TA avec un message TA Update Accept
Le message TA Update Accept peut contenir un nouveau S-TMSI allou par le nouveau MME
Dans le cas o le nouveau TA et lancien TA sont servis par le mme MME et le mme Serving GW, la procdure de mise jour de TA est plus simple: Mise jour de TA entre le terminal et le MME Pas dimplication du PDN GW et du HSS
135
Mobilit en ACTIVE ModeMobilit en ACTIVE Mode 1/31/3
A loppos du IDLE Mode, la mobilit du terminal en ACTIVE Mode (handover) est compltement sous le contrle du rseau
La dcision de changer de cellule et le choix de la cellule et de la technologie cibles est Sous le contrle du Serving eNodeB Bas sur des mesures effectues par le Serving eNodeB et le terminal
Le handover dans lE-UTRAN suit deux principes hrits du 2G/GSM et du 3G/UMTS: Make Before Break: Les ressources et le contexte dans le nud cible
sont rservs avant la ralisation du handover Packet Forwarding: La quantit de paquets stocke dans le Serving
ENodeB avant transmission sur linterface radio peut ne pas tre ngligeable Mcanisme de transfert de paquets entre nud source et nud cible pour limiter la perte de paquets durant le handover
136
Mobilit en ACTIVE ModeMobilit en ACTIVE Mode 2/32/3 Les raisons classiques de la mobilit des terminaux en mode
ACTIVE sont dues la dgradation des conditions radio: Augmentation dinterfrence Mobilit du terminal
Ne pas faire un handover rapide vers une cellule convenable peut conduire une coupure de communication
Dautres raisons moins critiques pour raliser un handover sont: Equilibrage de charge entre des couches rseau utilisant des
frquences ou des technologies daccs radio diffrentes Handover pour raisons de service (dpendant du service
demand par le terminal) Network Sharing: Accord locaux entre oprateurs de partage
de rseaux
06/10/2010
35
137
Mobilit en ACTIVE ModeMobilit en ACTIVE Mode 3/33/3
Un handover est compos de deux phases : Phase de prparation:
Dcision de handover par le nud source Rservation de ressources (Radio, Interfaces terrestres,
Mmoire, Capacit de traitement) dans le nud cible Phase dexcution:
Synchronisation avec le nud radio cible Libration des ressources de lancien nud
138
Mobilit IntraMobilit Intra--EE--UTRAN UTRAN avecavecSoutien de lInterface X2Soutien de lInterface X2 1/61/6
Mobilit IntraMobilit Intra--EE--UTRAN avec Soutien de lInterface X2UTRAN avec Soutien de lInterface X2
139
Mobilit IntraMobilit Intra--EE--UTRAN UTRAN avecavecSoutien de lInterface X2Soutien de lInterface X2 2/62/6
Procdure de handover bnficiant de la disponibilit de linterface X2 entre les eNodeB source et cible Implication minimale du MME et du Serving GW
Linterface X2 rduit le taux de perte de paquets grce au transfert de paquets du nud source vers le nud cible
Le rle des nuds du rseau cur EPC se rduit la mise jour de la connectivit des plans utilisateur et de signalisation: Etablissement dune connexion S1 entre le nouveau nud cible et le MME Etablissement dun tunnel avec le Serving GW Libration des ressources et des connexions sur linterface S1 de lancien
nud Le handover est compltement transparent au PDN GW
140
Mobilit IntraMobilit Intra--EE--UTRAN UTRAN avecavecSoutien de lInterface X2Soutien de lInterface X2 3/63/6
Phase de Prparation du Handover
06/10/2010
36
141
Mobilit IntraMobilit Intra--EE--UTRAN UTRAN avecavecSoutien de lInterface X2Soutien de lInterface X2 4/64/6 Aprs dcision de handover, le eNodeB source envoie un
message Handover Request sur linterface X2 au eNodeBcible
Le eNodeB cible alloue les ressources ncessaires pour accepter le terminal entrant
Le eNodeB cible rpond avec un message handoverRequest Ack encapsulant le contenu handover Command
Le contenu handover Command est envoy au terminal par le eNodeB source
Le eNodeB source transfre les SDU RLC stocks et non acquitts par le terminal au eNode cible
Les paquets transfrs sont stocks par le eNodeB cible jusqu ce quils soient reus par le terminal
142
Mobilit IntraMobilit Intra--EE--UTRAN UTRAN avecavecSoutien de lInterface X2Soutien de lInterface X2 5/65/6
Phase dExcution du Handover
143
Mobilit IntraMobilit Intra--EE--UTRAN UTRAN avecavecSoutien de lInterface X2Soutien de lInterface X2 6/66/6 Aprs synchronisation avec le eNodeB cible, le terminal envoie un
message Handover Confirm au eNodeB cible Le eNodeB cible envoie un message Path Switch Request au
MME: Linformant de la russite du handover travers linterface X2 Lui demandant un basculement du plan utilisateur vers le nouveau
eNodeB Le MME envoie un message Update Bearer Request au Serving
GW lui demandant de met jour le chemin de donnes Aprs rception du message Handover Confirm, le eNodeB cible
peut transmettre les paquets stocks pour le lien descendant Un message Release Resource est envoy par le eNodeB cible sur
linterface X2 pour librer les ressources allous au eNodeB source
144
Mobilit IntraMobilit Intra--EE--UTRAN UTRAN sanssansSoutien de lInterface X2Soutien de lInterface X2 1/61/6 Labsence dinterface X2 peut tre due :
Une panne rseau Un choix de loprateur de ne pas dployer une
connectivit X2 pour des raisons de cot Pas de communication directe entre eNodeB
source et destination Processus de handoverplus compliqu quavec soutien de linterface X2
Le MME joue le rle de relais de signalisation entre les deux eNodeB Le MME nest plus transparent pour le processus de handover
06/10/2010
37
145
Mobilit IntraMobilit Intra--EE--UTRAN UTRAN sanssansSoutien de lInterface X2Soutien de lInterface X2 2/62/6
Phase de Prparation du Handover
146
Mobilit IntraMobilit Intra--EE--UTRAN UTRAN sanssansSoutien de lInterface X2Soutien de lInterface X2 3/63/6 La demande de handover est transmise au
eNodeB cible travers le MME, en utilisant les messages S1 Handover Required et HandoverRequest La demande de handover nest pas directement envoy au eNodeB cible
Une fois les ressources alloues par le eNodeBcible, une rponse est envoye au eNodeB source, en utilisant les messages S1 Handover RequestAck et Handover Command
La rponse envoye contient des informations sur les ressources radio alloues par le eNodeB cible
147
Mobilit IntraMobilit Intra--EE--UTRAN UTRAN sanssansSoutien de lInterface X2Soutien de lInterface X2 4/64/6
Phase dExcution du Handover148
Mobilit IntraMobilit Intra--EE--UTRAN UTRAN sanssansSoutien de lInterface X2Soutien de lInterface X2 5/65/6 Le MME reoit un message Handover Notify
linformant du succs de la procdure de handover lchelle du E-UTRAN
Les ressources du eNodeB source sont libres sous le contrle du MME
Le Serving Gateway est inform par le MME du nouveau chemin de donnes vers le nouveau eNodeB
La diffrence majeure avec le soutien de linterface X2 est labsence de transfert de donnes entre les eNodeBsource et destination Les PDU RLC stockes dans le eNodeB source sont perdus
06/10/2010
38
149
Mobilit IntraMobilit Intra--EE--UTRAN UTRAN sanssansSoutien de lInterface X2Soutien de lInterface X2 6/66/6 La consquence de la perte de paquets sur la
perception de lutilisateur dpend de lapplication et de la pile de protocole utilise: Applications non-temps rel (Web Browsing, ):
Couche de transport (TCP, ) scurise de bout-en-bout Le handover induit une dlai de transmission de
linformation de bout-en-bout Pas de perte de donnes grce aux mcanisme de
recouvrement de donnes de la couche de transport Applications temps rel (Streaming, Voix):
Couches de transport (UDP,) non scurises Le handover induit une perte de donnes
150
Mobilit IntraMobilit Intra--EE--UTRAN avec UTRAN avec Relocalisation de Nuds EPCRelocalisation de Nuds EPC 1/51/5
Mobilit IntraMobilit Intra--EE--UTRAN avec Relocalisation de Nud EPCUTRAN avec Relocalisation de Nud EPC
151
Mobilit IntraMobilit Intra--EE--UTRAN avec UTRAN avec Relocalisation de Nuds EPCRelocalisation de Nuds EPC 2/52/5
Phase de Prparation du Handover152
Mobilit IntraMobilit Intra--EE--UTRAN avec UTRAN avec Relocalisation de Nuds EPCRelocalisation de Nuds EPC 3/53/5
Phase dExcution du Handover
06/10/2010
39
153
Mobilit IntraMobilit Intra--EE--UTRAN avec UTRAN avec Relocalisation de Nuds EPCRelocalisation de Nuds EPC 4/54/5
Le eNodeB cible na pas de connectivit avec le MME et le Serving GW courants Relocalisation des nuds du EPC (Evolved Packet Core)
Le contexte de communication utilisateur (IMSI, information de souscription, vecteurs dauthentification, bearers allous) doit tre transfre du MME courant au MME cible
Un nouveau bearer du plan utilisateur est cre entre le PDN GW et le nouveau Serving GW
Sil y a connectivit X2, le transfert de paquets entre eNodeB source et cible peut limiter la perte de paquets
Le nouveau MME informe lancien MME du succs du handover lchelle du E-UTRAN Libration des anciennes ressources radio et de lancien chemin du bearer
154
Mobilit IntraMobilit Intra--EE--UTRAN avec UTRAN avec Relocalisation de Nuds EPCRelocalisation de Nuds EPC 5/55/5 Si la nouvelle cellule appartient une Tracking Area
(TA) laquelle le terminal nest pas enregistr, la procdure de de TA Update (TAU) est accomplie vers le nouveau MME Mise jour du HSS
Le Serving GW et le MME sont des nuds spars Existence de cas de mobilit plus simples: eNodeB source et cible appartenant au mme Serving GW Changement exclusif de MME
eNodeB source et cible appartenant au mme MME Changement exclusif de Serving GW
155
Mobilit entre 2G/3G Paquet et EMobilit entre 2G/3G Paquet et E--UTRAN UTRAN 1/71/7
Mobilit entre 3G Paquet et EMobilit entre 3G Paquet et E--UTRANUTRAN156
Mobilit entre 2G/3G Paquet et EMobilit entre 2G/3G Paquet et E--UTRANUTRAN 2/72/7
Phase de Prparation du Handover
06/10/2010
40
157
Mobilit entre 2G/3G Paquet et EMobilit entre 2G/3G Paquet et E--UTRANUTRAN 3/73/7
Phase dExcution du Handover 158
Mobilit entre 2G/3G Paquet et EMobilit entre 2G/3G Paquet et E--UTRAN UTRAN 4/74/7
Un tunnel est tabli entre le Serving GW et le SGSN pour assurer la continuit de transmission de paquets (Interface S4) Le Serving GW agit comme une ancre du Plan Utilisateur Le PDN GW nest pas implique dans la procdure de
mobilit Le Plan de Contrle pour la signalisation NAS
(tablissement et contrle de session) est dplac du MME au SGSN (Interface S3): Le contexte de la session est dplac du MME source au SGSN
cible (messages Forward Relocation Request/response) Le MME traduit les attributs de qualit de service EPS en
quivalents 2G/3G, sous forme dattributs PDP Context
159
Mobilit entre 2G/3G Paquet et EMobilit entre 2G/3G Paquet et E--UTRANUTRAN 5/75/7
Le Serving GW peut informer le PDN GW du handoverpour des raisons de facturation Flexibilit pour le systme de facturation en fonction de la technologie daccs
La mobilit E-UTRAN vers 2G/3G peut offrir le transfert de donnes (Data Forwarding), du eNodeB vers le SGSN cible, pour viter la perte de paquets stocks dans le eNodeB
Le transfert de donnes est toujours demand par le eNodeB (reflt par le message Handover Required)
160
Mobilit entre 2G/3G Paquet et EMobilit entre 2G/3G Paquet et E--UTRANUTRAN 6/76/7
Deux types de transfert de donnes: Transfert direct (Direct Forwarding): Donnes stockes
dans le eNodeB directement transfres au SGSN (Adresse IP et identificateur de tunnel inclus dans le message Forward Relocation Response envoy par le SGSN)
Transfert indirect (Indirect Forwarding): Donnes stockes transmises au SGSN cible travers le Service GW
La phase dexcution du handover est dclenche par le message Handover Command, contenant les informations ncessaires au eNodeB pour transfrer les donnes stockes en modes direct ou indirect
06/10/2010
41
161
Mobilit entre 2G/3G Paquet et EMobilit entre 2G/3G Paquet et E--UTRAN UTRAN 7/77/7
Aprs synchronisation du terminal avec la BTS cible et terminaison du handover du point de vue rseau daccs: Les ressources dans les nuds de lE-UTRAN et le
MME sont librs (Suite la rception du message Forward Relocation Complete du SGSN)
Le SGSN met jour le chemin du bearer vers le Serving GW (Messages Update BearerRequest/Response)
162
PagingPaging Le paging est un mcanisme utilis par le rseau pour
informer labonn enregistr dun appel entrant Avant de faire le paging un terminal (sur le canal logique
PCCH), le rseau doit connatre la localisation du terminal En mode IDLE, la gestion de localisation du terminal est
assure par le mcanisme de Tracking Area Update A la rception dun message de paging, le terminal tablit une
connexion de la mme manire que pour un appel initi par le terminal
Mode DRX (Discontinuous Reception): Le terminal dcode le canal de paging certaines priodes spcifies en temps (paging groups) Eviter que le terminal coute le canal de paging tout le temps
163
Journe 2Journe 2IV. Protocoles du plan usager Protocole PDCP (Packet Data Convergence Protocol) Radio Link Control (RLC) Medium Access Control (MAC)
V. Couche physique pour le lien descendant OFDMA Design de la couche physique DL Synchronisation et recherche de cellule Estimation de canal et signaux de rfrence Canaux physiques usager et contrle Codage canal et adaptation de lien Techniques multi-antennes Squencement multi-utilisateurs et gestion dinterfrence Gestion des ressources radio Mode broadcast
IV.IV. Protocoles du Protocoles du plan usagerplan usager
06/10/2010
42
165
Protocole PDCP (Packet Data Convergence Protocol)
Radio Link Control (RLC)Medium Access Control (MAC)
166
Couche PDCPCouche PDCP 1/81/8 Le rle du protocole PDCP (Packet Data Convergence
Protocol) est de recevoir/dlivrer des paquets de donnes de/vers lentit PDCP paire Il rajoute des fonctionnalits additionnelles la couche RLC
Le PDCP assure 4 fonctions: Fonctionnalits lies la couche 2: Rordonner les paquets
RLC en cas de mobilit inter-eNodeB ou de dtection de doublons de paquets RLC Utilisation de numro de squence dans lentte PDCP
Compression et dcompression des enttes de paquets IP: Utilisation du mcanisme ROHC (Robust Header Compression)
167
Couche PDCPCouche PDCP 2/82/8 Chiffrement de donnes et de signalisation:
Donnes: Donnes utilisateur et signalisation lchelle application (SIP ou RTCP)
Signalisation: Signalisations RRC envoye par le eNodeB et NAS envoye par lEPC
Protection dintgrit pour la signalisation: La signalisation inclut les messages RRC et NAS Empche les attaques en permettant au rcepteur de
dterminer si le message de signalisation a ou non t altr
168
Couche PDCPCouche PDCP 3/83/8 Le chiffrement et lintgrit sont obligatoires pour le
Plan Contrle Le chiffrement est optionnel pour le Plan Utilisateur ROHC (RObust Header Compression) offre un mode
transparent noprant aucun changement ou compression de lentte
Modle de la Couche PDCP
06/10/2010
43
169
Couche PDCPCouche PDCP 4/84/8
Le chiffrement cl secrte peut se faire en bloc ou au fil de leau (stream)
Les entits mettrice et rceptrice gnrent une suite de bit (keystream) en utilisant une cl secrte
Le keystream est rajout (Ou Exclusif) aux donnes mises pour chiffrement lmission et aux donnes reues pour dchiffrement la rception
Lintgrit ncessite lmission dinformations additionnelles lentit rceptrice pour vrifier que les donnes proviennent rellement dune source fiable (Informations additionnelles: MAC ou Message Authentication Code)
170
Couche PDCPCouche PDCP 5/85/8 Les paquets reus des couches hautes sur le
Plan Contrle subissent un ajout: Dune entte contenant le numro de squence
PDCP (Pour rordonner les paquets en cas de mobilit inter-eNodeB)
Dun code MAC pour la vrification dintgrit
Structure du Paquet PDCP (Plan Contrle)
171
Couche PDCPCouche PDCP 6/86/8
Tous les services proposs par lEPS sont bass sur lIP Mme si lappelant utilise la tlphonie en mode circuit, Les portions E-UTRAN et lEPC du service seront assures par les
protocoles IETF (IP, ) La conversion de signalisation et de bearer est assure par les
nuds en bord de rseau Les protocoles IETF:
Engendrent un gaspillage de ressources (enttes de grandes tailles au niveau rseau, IP, au niveau transport, TCP et UDP et au niveau application, RTP, SIP,)
Contiennent beaucoup dinformation qui deviennent redondanteslorsque la transmission se fait point--point dans lE-UTRAN
172
Couche PDCPCouche PDCP 7/87/8 Linterface radio est caractrise par des taux derreurs importants
et des ressources radio rares et chres Utilisation de techniques de compression efficaces sur linterface radio: Evitant denvoyer des informations redondantes Robuste vis--vis des erreurs de transmission
Les techniques de compression proposes par lIETF: Sont limites un seul protocole ou/et Ont un impact significatif sur la bande en cas de paquets perdus
ou errons (Echange de beaucoup dinformations pour resynchroniser les machines de compression et de dcompression)
La technique de compression ROHC (RObust Header Compression), dfinie par lIETF, est une rponse ces 2 problmes
06/10/2010
44
173
Couche PDCPCouche PDCP 8/88/8 Le fonctionnement de ROHC repose sur la
notion de Profil Chaque profil dcrit:
Le comportement du compresseur et du dcompresseur pour un protocole spcifique
Les transitions entre tats de la machine Le comportement:
Au commencement dune transmission En cas derreurs
174
Couche RLCCouche RLC 1/51/5 Le rle principal de la couche RLC (Radio Link
Control) est de recevoir/dlivrer des paquets de/ lentit RLC paire
Le RLC propose 3 modes de transmission: Mode transparent (TM ou Transparent Mode) Mode non acquitt (UM ou Unacknowledged Mode) Mode acquitt (AM ou Acknowledged Mode)
Le mode TM: Naltre pas les donnes de la couche de dessus (Pas
daddition dentte, de segmentation ou de concatnation de donnes)
Est typiquement utilis pour les canaux logiques BCCH et le PCCH
175
Couche RLCCouche RLC 2/52/5 Le mode UM:
Utilise un numro de squence dans lentte paquet RLC Permet la dtection de perte de paquets (Lentit
rceptrice peut dtecter que le paquet RLC na pas t correctement reu)
Permet de rordonner les paquets reus et de les rassembler:
Les paquets peuvent arriver en dsordre en cas de retransmissions HARQ ( la couche MAC)
Le rassemblage de paquets est ralis lorsque un paquet de la couche de dessus a t segment par lentit RLC mettrice
Peut tre utilis pour des canaux logiques ddi et multicast
176
Couche RLCCouche RLC 3/53/5 Le mode AM:
Offre les fonctionnalits du mode UM Est capable de demander lentit RLC paire la
retransmission de paquets au cas o une perte de paquets est dtecte Mcanisme ARQ (Automatic RepeatreQuest)
Est utilis par les canaux logiques DCCH et DTCH Le mcanisme ARQ nest disponible quen mode
RLC AM Les retransmissions ARQ sont dclenches par:
Lchange de rapports dtat entre paires dentits RLC (lentit rceptrice a dtect des paquets manquants) Le ct metteur, suite lchec dun processus HARQ
dlivrer un Transport Block
06/10/2010
45
177
Couche RLCCouche RLC 4/54/5
Structure des PDUs du RLC (Modes AM et UM)
178
Couche RLCCouche RLC 5/55/5 Le RLC reoit en entre des blocks de donnes de la
couche PDCP, appels RLC SDU Pour remplir le payload du RLC PDU, le RLC utilise
la segmentation et la concatnation: Lorsque un RLC SDU ne peut pas tre ajout un
payload parce que la partie restante du PDU est toute petite, le SDU est segment
Lorsque le RLC SDU est plus petit que le PDU, le RLC concatne suffisamment de SDU pour remplir le PDU
La segmentation et la concatnation sont toujours accomplie dans lordre Lentit RLC rceptrice peut dlivrer les SDU au PDCP dans le bon ordre
179
Couche MACCouche MAC 1/61/6 La couche MAC assure 4 fonctions principales:
Association (Mapping) entre canaux logiques et canaux de transport Quand la norme offre diffrentes options de transport de donnes pour un canal logique, la couche MAC choisit le canal de transport
Slection du format de transport: Choix du Transport Block Size et du type de modulation
Gestion de priorit entre canaux logiques dun mme terminal ou de terminaux diffrents
Correction derreurs travers le mcanisme HARQ (Hybrid Automatic Repeat reQuest)
180
Couche MACCouche MAC 2/62/6
La gestion de priorit consiste slectionner les paquets des diffrentes files dattentes soumettre la couche physique pour transmission sur linterface radio
La gestion de priorit doit tenir compte des diffrents flux de donnes transmettre: Donnes utilisateur (Canal logique DTCH) Signalisation initie par le E-UTRAN ou le EPC
(Canal logique DCCH) Rptition de paquets reus avec des erreurs La
gestion de priorit est troitement couple au mcanisme HARQ
06/10/2010
46
181
Couche MACCouche MAC 3/63/6
Ct rseau, la couche MAC: Arbitre entre les flux des utilisateurs de la cellule,
transmis sur le lien descendant sur le canal de transport DL-SCH
Arbitre entre les requtes dordonnancement sur le lien montant provenant des terminaux partageant le mme canal de transport UL-SCH
Ct terminal, la couche MAC: Mixage des flux du terminal transmettre Arbitre entre ses propres flux dinformation pour
ordonnancement et transmission sur le lien montant
182
Couche MACCouche MAC 4/64/6
Illustration de la Gestion de Priorit dans la Couche MAC du eNodeB
183
Couche MACCouche MAC 5/65/6
Le principe du Hybrid ARQ est de conserver les paquets errons en mmoire tampon et de les combiner avec leurs retransmissions
La mthode de combinaison souple (Soft combining) dpend de la technique HARQ slectionne: Chase combining:
Le bits transmis initialement et les bits retransmis ensuite sont identiques
Le rcepteur combine ensemble les bits du paquet mal reus Incremental redundancy (IR):
De nouveaux bits de parit sont retransmis Le rcepteur combine tous les bits de parit reus avec les
prcdents et effectue un dcodage complet
184
Couche MACCouche MAC 6/66/6 Le mcanisme HARQ est compos de plusieurs processus
parallles La transmission peut continuer sur les autres processus pendant quun processus est touch par des retransmissions
Sur le lien descendant, les retransmissions HARQ sont asynchrones et adaptatives Les retransmissions de paquets ne sont pas contrainte en termes de temps trame
Sur le lien montant, les retransmissions HARQ sont synchrones Les retransmissions de paquets ne peuvent avoir lieu qu certaines sous-trames
La retransmission synchrone est prfre sur le lien montant Signalisation protocolaire rduite
06/10/2010
47
V.V. Couche Couche physique pour le physique pour le lien descendantlien descendant
186
OFDMA Design de la couche physique DL Synchronisation et recherche de cellule Estimation de canal et signaux de rfrence Canaux physiques usager et contrle Codage canal et adaptation de lien Techniques multi-antennes Squencement multi-utilisateurs et gestion
dinterfrence Gestion des ressources radio Mode broadcast
187
Interface RadioInterface Radio 1/41/4
Linterface radio se distingue de la transmission filaire par: Le cot et la raret des ressources radio Un taux derreur de transmission important
La pile de protocole spcifique linterface radio est compose des couches suivantes: PHY (Couche physique) MAC (Medium Access Control): Ordonnancement des paquets
et retransmission rapide de paquets errons RLC (Radio Link Control): Transmission fiable des donnes PDCP (Packet Data Convergence Protocol): Compression
denttes de protocoles et cryptage de donnes
188
Interface RadioInterface Radio 2/42/4
Linterface radio E-UTRAN est compose de: La couche 1 (ou Couche Physique) La couche 2 (ou Data Link Layer) compose du RLC
et du MAC Les fonctions de la couche 2:
Indpendantes de la couche physique (transmission fiable de donnes et livraison dans lordre des paquets) sont regroups dans le RLC
Dpendant de la couche physique (ordonnancement des paquets, retransmission rapide avec le HARQ) sont regroups dans le MAC
06/10/2010
48
189
Interface RadioInterface Radio 3/43/4
Linterface radio du 3G/UMTS a introduit: Plusieurs types de couches MAC afin de mieux sadapter
aux caractristiques des canaux physiques (DCH, HSDPA) Une couche commune toutes les couches MAC (Jamais
modifie par le standard) Pour maintenir le mme degr de flexibilit, linterface
radio de lE-UTRAN a suivi le mme principe de dcoupage
Le principe de dcoupage de la couche 2 en deux couches RLC et MAC est hrite des travaux de normalisation des rseaux locaux du IEEE
190
Interface RadioInterface Radio 4/44/4 Le modle IEEE 802 pour les rseaux locaux
LAN et WLAN est bas sur: Le LLC (Link Layer Control), quivalent du RLC Une multitude de couches MAC compatibles avec
les diffrentes techniques daccs
Principe de Modlisation de lInterface Radio
191
Principes de Principes de base de lOFDMbase de lOFDM
192
Historique OFDM Historique OFDM ((Orthogonal Frequency Orthogonal Frequency Division MultiplexingDivision Multiplexing))
Invent il y a plus de 40 ans. Mis en uvre dans plusieurs technologies :
Asymetric Digital Subscriber Line (ADSL), ANSI (1995).
IEEE 802.11a/g, IEEE 802.16a. Digital Audio Broadcast (DAB), ETSI (1995). TNT : DVD en Europe, ISDB au Japon. 4G (LTE, UWB), IEEE 802.11n, IEEE 802.16,
et IEEE 802.20.
06/10/2010
49
193
LOFDM LOFDM permet daugmenter lefficacit permet daugmenter lefficacit spectrale des rseaux spectrale des rseaux radioradio
194
Principes de base (1)Principes de base (1)
Systme bas sur la FFT
Modulation et mapping
Orthogonalit
Intervalle de garde et extension cyclique
195
Principes de base (2)Principes de base (2) Modulation multi-porteuses = division du flux
binaire en plusieurs flux et transmission sur plusieurs diffrents sous-canaux.
Dbit binaire sur chacun des N sous-canaux (RN) < dbit total (R). Avec RN R/N.
Nombre de sous-canaux tel que chaque sous-canal a une largeur de bande (BN) infrieure sa bande de cohrence (Bc = B/N).
limination de lISI par introduction dun prfixe cyclique.
196
OFDM (1)OFDM (1)
Puis
san
ce
Temps
Frquence
Time-slots
Porteuses
Symboles
06/10/2010
50
197
Frquence
So
us-p
orteuse
-N
So
us-p
orteuse
-1
Temps Largeur de bande
So
us-p
orteuse
-2
So
us-p
orteuse
-3
So
us-p
orteuse
-4
Temps de garde
Slot/Trame OFDM IFFT
IFFT
IFFT
S1 S2 S3 S4 S5 S6 S7 SN
SN+1 SN+2SN+3SN+4Symbole OFDM
(dure FTT)S2N
Avantages des technologies OFDM Plus grande efficacit spectrale pour des canaux dispersifs en temps Plus robustes Intgration facile de technologies MIMO
OFDM (2)OFDM (2)
198
OFDM (3)OFDM (3)Principe : Forme de modulation multiporteuses : message
transmettre dcoup en morceaux (ex., symboles). Spectre disponible divis en plusieurs porteuses faible
dbit. Morceaux du message transmis simultanment sur un grand nombre de canaux (sous-porteuses).
Symboles diffrents mis sur les diffrentes sous-porteuses.
Codage et modulation adapts aux conditions de propagation et les mmes sur toutes les sous-porteuses.
Avantage : Lien de capacit importante et rsistant aux multitrajets.
199
Successeur des techniques FH-CDMA et DS-CDMA
Orthogonalit de frquences comparable lorthogonalit des codes en CDMA (utilisant les codes de Walsh).
OFDM (4)OFDM (4)
1 2 3 4 5 6
UtilisateursBande alloueAmplitude
Frquence200
Etalement temporel : Ralis par rptition de la mme information dans
un symbole OFDM sur 2 sous-bandes diffrentes Diversit de frquences.
Etalement frquentiel : Ralis en chois