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1 Systè me LTE/SAE Syst ème LTE /SAE : Interface radio, Interface radio, Architecture et Protocoles Architecture et Protocoles Sami Tabbane Sami Tabbane 2 Sommaire Sommaire I. LTE/SAE II. Ar chit ecture r és eau et prot ocoles III . Pro toc ole s du p lan de c ontr ôle IV. Protocol es du plan usager V. Couc he ph ysique pour le l ie n descendant VI. Couche phys ique pour le l ien montant I. LTE/SAE I. LTE/SAE 4 Releases 3GPP (1) Releases 3GPP (1) Release 99 (figée en Mars 2000) - Première versio n de la norme UMTS, - Introduction de l’UTRAN, - Peu de modification du cœur de réseau GSS. Release 4 (figée en Mars 2001) - Evolution du transport dans l e cœur de résea u, - Séparation des données et du co ntrôle dans le cœur CS, - Premières étapes vers les NGN. Release 5 (figée en Juin 2002) - Introduction de l’IMS (pour le pla n contrôle, avec le domaine PS pour le plan transport), - HSDP A, - IP dans l’ UTRAN.

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    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.

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    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

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    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, )

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    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 (

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    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

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    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)

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    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)

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    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

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    II.II. Architecture Architecture rseau et protocolesrseau et protocoles

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    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

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    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

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    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)

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    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

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    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

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    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

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    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

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    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)

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    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)

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    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

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    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

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    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

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    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

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    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)

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    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

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    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.

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    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

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    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

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    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

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    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

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    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

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    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

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    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

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    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)

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    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

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    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

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    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

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    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

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    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

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    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

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    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

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    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

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    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

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    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

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    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

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    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

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    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

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    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

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    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

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    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

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    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

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    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.

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    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

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    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