Функции управления в UTRAN

Среди функций управления, выполняемых UTRAN, выделим следующие:

- передача системной информации,

- обеспечение доступа UE к сети и организация канала сигнализации,

- обеспечение безопасности передач,

- обеспечение мобильности на уровне UTRAN,

- управление базами данных,

- позиционирование UE (дополнительная услуга).

Основную системную информацию передают по логическому каналу BCCH. Канал ВССН имеет блочную структуру (рис. 5.7). Постоянно идет передача головного блока MIB (Master Information Block) и различных системных блоков SIB (System Information Block). В системе может быть более 17 SIB, часть SIB могут иметь подблоки. Например, SIB#1 информирует UE о таймерах и счетчиках в различных состояниях UE, SIB#2 и #3 об уровнях мобильности, селекции и реселекции сот и т.д.

Рис. 5.7. Структура канала ВССН.

При подключении UE к сети между UE и SRNC, а далее между UE и ядром сети организуют сигнальные соединения для передачи с подтверждением сообщений высших уровней. С этой целью UTRAN выделяет сигнальный радиоканала между UE и UTRAN SRB – Signalling Radio Bearer.

Протоколы радиоинтерфейса имеют трехуровневую структуру (рис. 5.8) [17].

На физическом уровне (PHY) формируют физические каналы. На этом уровне (L1) реализуют все функции, связанные с непосредственной передачей информации по радиоканалу: модуляцию и демодуляцию, синхронизацию, управление мощностью передатчиков, кодирование и т.д.

Транспортные и логические каналы существуют на втором уровне (L2). Протоколы этого уровня разбиты на 2 подуровня: MAC (Medium Access Control) и RLC (Radio Link Control). Физический уровень предоставляет услуги МАС уровню через транспортные каналы, которые определяют, как и с какими характеристиками передают данные. МАС уровень, в свою очередь, предоставляет услуги уровню RLC через логические каналы. Логические каналы различают по типу передаваемых данных.

На уровне МАС происходит:

- прикрепление логических каналов к соответствующим транспортным,

- выбор формата передачи в зависимости от скорости передачи источника информации,

- управление приоритетами,

- распределение канального ресурса между отдельными абонентами на общих транспортных каналах,

- мониторинг объема передаваемой информации,

- шифрация сообщений, если логический канал при передаче трафика прозрачен для RLC,

- коммутация (переключение) пакетов сообщений с одного типа транспортного канала на другой.

Рис. 5.8. Архитектура радиоинтерфейса UTRA-FDD

Программное обеспечение MAC состоит из ряда модулей (logical entity), рис. 5.9 [14].

МАС–b обрабатывает канал системной информации ВССН (находится в каждом UE и в Node B для каждой соты.

МАС-c/sh/m обрабатывает общие каналы управления и трафика: PCCH, CCCH, CTCH (иногда ВССН при передаче его информации через FACH), а также каналы мультимедийного вещания MTCH, MSCH, MCCH. Этот модуль размещен в SRNC (один для каждой соты) и в каждом UE. Кроме того, может существовать модуль MAC-m, который UE используют при селективном приеме MBMS из нескольких соседних сот.

Рис. 5. 9. Структура MAC.

MAC-d обрабатывает информацию выделенных каналов (DСCH и DTCH). Модуль размещен в SRNC (один для каждого UE, имеющего DCH) и в UE. Модуль MAC-d соединен с МАС-c/sh/m, что позволяет передавать и принимать сообщния индивидуальных пользователей через общие каналы управления и трафика. Модуль MAC-d также имеет выходы на модули MAC-e/es и MAC-hs, обрабатывающие пакеты (фрагменты) информационного потока MAC PDU (MAC Protocol Data Unit) при высокоскоростной пакетной передаче данных (см. гл.10).

Рассмотрим работу модулей MAC-e/es и MAC-hs в UE и в UTRAN. В UE MAC-hs обрабатывает принимаемые по каналу HS-DSCH пакеты. На основе проверки контрольной суммы на физическом уровне на МАС уровне в рамках HARQ протокола происходит генерация подтверждений ACK или неподтверждений NACK. Далее из MAC PDU изымают МАС-hs заголовок и MAC-d PDU через MAC-d модуль доставляют на следующий RLC уровень. При передаче пакетов вверх MAC-e/es модуль обеспечивает их буферизацию и повторную передачу при отсутствии подтверждений в соответствии с HARQ протоколом. MAC-e/es модуль также определяет выбор формата передачи E-DCH Transport Format Combination на линии вверх.

В направлении вниз со стороны UTRAN MAC-hs устанавливает порядок передачи (очередность) и формат передаваемых кадров отдельных пользователей по каналу HS-DSCH. Внутри MAC-hs создаются HARQ модули для каждого пользователя, обеспечивающие при необходимости повторную передачу непринятых пакетов. В направлении вверх различают MAC-e и MAC-es модули. Для каждого абонента в Node B существует MAC-e модуль, который обеспечивает прием пользовательских пакетов и процедуры HARQ. Кроме того, каждый Node B содержит специальный E-DCH планировщик (Scheduler), распределяющий канальный ресурс E-DCH каналов в соте между пользователями. Наконец, SRNC содержит MAC-es модуль, задачей которого является восстановление потока данных, в частности, при мягком хэндовере.

RLC уровень предоставляет услуги протоколам более высоких уровней через точки входа SAP (Service Access Point), которые предписывают RLC алгоритмы обработки сигналов. При передаче сигнализации (control plane) протоколы RLC уровня обрабатывают сигналы 3-го уровня (L3) RRC (Radio Resource Control). Процедуры RRC обеспечивают выделение канального ресурса и передачу сообщений сигнализации более высоких уровней (mobility management, call control, session management) в инкапсулированном виде по радиоинтерфейсу.

При передаче данных (user plane) могут быть задействованы протоколы PDCP и BMC. PDCP (Packet Data Convergence Protocol) используют только для обработки пакетов данных при пакетной передаче. PDCP сжимает заголовки пакетов и нумерует их при передаче с подтверждением. BMC (Broadcast/Multicast Control Protocol) обрабатывает пакеты, передаваемые по каналам общего и группового вещания из вещательного центра. На транспортном уровне эти пакеты следуют по каналу FACH.

На уровне RLC производят:

- сегментацию и восстановление (объединение) данных,

- формирование пакетов и их заполнение,

- обеспечение требуемого режима (мода) передачи,

- повторную передачу при наличии ошибок,

- обеспечение последовательности передаваемых пакетов,

- шифрацию при пакетной передаче данных.

В UTRA используют 3 варианта обработки пакетов на RLC уровне [18].

RLC может быть прозрачен (transparent mode - Tr) для передаваемой инфор- мации. Это, как правило, информация, потокового и разговорного классов трафика. При этом данные не сегментируют и к ним не добавляют заголовков RLC протокола. Шифрацию этих потоков, как было сказано, осуществляют на MAC уровне.

При передаче пакетов возможны режимы без подтверждения и с подтверждением. При передаче без подтверждения (Unacknowledged Mode UM) доставка данных не гарантирована. При передаче с подтверждением (Acknowledged Mode - AM) работает алгоритм ARQ (Automatic Repeat Request) – автоматической повторной передачи, обеспечивающая доставку пакетов без ошибок. Качеством связи (оценка по числу ошибочно переданных пакетов и задержке при передаче) управляют по протоколу RRC, устанавливая допустимое число повторных передач и допустимую задержку. В режимах UM и AM к передаваемым пакетам добавляют заголовки RLC. Соответственно приходящие на RLC уровень данные поступают через 3 логических входа SAP (точки доступа): Tr-SAP, AM-SAP и UM-SAP.

При передаче сообщений сигнализации RLC уровень обеспечивает сигнальный сквозной радиоканал SRB (Signaling Radio Bearer). При передаче трафика соответствующий канал называют сквозным радиоканалом RB (Radio Bearer). Если при передаче задействованы протоколы PDCP или BMC, то они участвуют в создании RB.