UMTS интерфейсы транспортной сети

В отличие от классической GSM, где трафик и сигнализацию передают в транспортной сети по стандартным каналам со скоростью 64/16 кбит/с, каналы UTRA имеет переменную скорость, и их выделяют исходя из услуг, предоставляемых абоненту. В UTRA существует понятие сквозного канала(bearer), который проходит через несколько сетевых узлов (рис. 5.27).

Рис. 5.1. Сквозной канал

Рис. 5.27. Сквозной канал

Между этими узлами идет обмен сообщениями о запросах абонента. Это существенная часть общей сигнализации. Кроме того, сигнализация необходима для выполнения процедур подключения абонента к сети, локализации абонента, пейджинга и вызовов услуг. На рис. 5.28. представлены уровни протоколов, используемых при реализации различных процедур. В процессе обслуживания абоненту могут быть выделены несколько каналов радиодоступа (RAB – Radio Access Bearer), которые объединяют в RRC (Radio Resource Connection) на радиоинтерфейсе.

Каналы (bearer) в 3G сети можно представить в виде трубки с гибким изменением скорости передачи, управляемой в сигнальном плане в различных функциональных точках (рис. 5.29). В UTRA между UTRAN (RAN) и ядром сети CN (Core Network) используют соединение на основе протоколов RANAP (Radio Access Network Application Part).

При разработке транспортной сети создатели стандарта UTRA изначально ориентировались на использование пакетных технологий, в первую очередь, технологии АТМ (Asynchronous Transfer Mode), которую в конце 90-х годов рассматривали как наиболее перспективную. Однако, как показала жизнь, применение АТМ далеко не всегда является оптимальным решением. В результате в течение 1999 – 2006гг спецификации, относящиеся к интерфейсам транспортной сети, подверглись существенным переделкам. Тем не менее, технология АТМ остается одним из базисов построения интерфейсов транспортной сети.

При применении технологии АТМ информацию передают в виде пакетов – ячеек (cell), состоящих из 53 байт: 5 байт – заголовок, 48 байт – информационная часть. В сети используют 2 типа АТМ ячеек: UNI и NNI.

Рис. 5.28. Стек протоколов в сети

Рис. 5.29. Сквозные каналы в UMTS сети.

UNI (User-Network Interface) действует между оконечной точкой АТМ и коммутатором; NNI (Network-Node Interface) – между двумя коммутаторами. Линия передачи АТМ образует виртуальный путь (VP – Virtual Path), содержащий виртуальные каналы (VC – Virtual Channel).

Структура UNI ячейки показана на рис. 5.30:

GFC – Generic Flow Control,

VPI – Virtual Path Identifier,

VCI – Virtual Channel Identifier,

PT – Payload Type, указывает на тип передаваемой информации (трафик или управление),

CLP – Cell Loss Priority, флаг, определяющий “важность” ячейки; если CLP = 1 (низкий приоритет), система может “потерять” ячейку.

HEC – Header Error Control, байт проверочных бит заголовка.

Рис. 5.30. Структура ATM UNI ячейки

Стек протоколов АТМ содержит 3 уровня (рис. 5.31).

Рис. 5.31. Структура протоколов АТМ

Физический уровень организуют, например, с помощью стыка Е1 со скоростью 2 Мбит/с или SDH STM-1 (Synchronous Digital Hierarchy Statistical Multiplexer-1) со скоростью 155 Мбит/с.

АТМ уровень – на этом уровне выполняют размещение и извлечение информации из ячеек, коммутацию и мультиплексирование.

AAL – ATM Adaptation Layer, отвечает за обмен данными с высшими уровнями. На этом уровне происходит сегментация данных, объединение данных и восстановление исходного потока данных. Существуют 4 различных AAL, из которых в интерфейсах UTRA используют 2:

AAL2 – синхронная передача данных, ориентированная на соединение с переменной скоростью передачи,

AAL5 – асинхронная передача, ориентированная на соединение или без него с переменной скоростью передачи.

AAL2 обеспечивает соединения с жесткой временной связью между источником и получателем. Его используют на Iu-CS (circuit switched), Iur и Iub интерфейсах пользовательского плана. AAL5 применяют при передаче сигнализации и Iu-PS (packet switched) пользовательских интерфейсах.

В транспортной сети существуют 3 вида интерфейсов :Iu, Iub и Iur.

Iub интерфейс соединяет Node B и RNC (рис. 5.10). В сигнальной плоскости интерфейс поддерживает сигнальный протокол NBAP (Node B Application Part) (рис.5.32). Для размещения NBAP поверх AAL5 используют специальные протоколы преобразования (convergence protocols).

Рис. 5.32. Iub интерфейс – сигнальная плоскость

NBAP – это протоколы высшего уровня на Iub интерфейсе. Все процедуры, реализуемые NBAP, разделены на 2 группы: общие (common) и выделенные (dedicated). Общие NBAP управляют, например, передачей информации канала BCCH. На Iub интерфейсе всегда есть одна сигнальная линия для общих NBAP процедур, и может быть несколько линий для выделенных процедур. Выделенные процедуры, в частности, используют для установления соединений UE с сетью.

В сигнальной плоскости Iub выделяют Node B control port и несколько communication control ports. Node B control port – это порт, через который идет обмен управляющей информацией между BS и RNC. Через communication control port передают сигнализацию, необходимую для организации передачи трафика и управления UE Сигнализацию, относящуюся к одному UE, называют UE контентом.

Iur интерфейс в плане сигнализации поддерживает сигнальный протокол RNSAP (Radio Network Subsystem Application Part) (рис.5.33). По этому интерфейсу организуют связь между контроллерами: обслуживающим (Serving) SRNC и пассивным (Drift) DRNC. При выполнении хэндовера SRNC осуществляет управление канал (Bearer) – радиоканал (radio link mapping), в то время как DRNC этого не производит.

Рис. 5.33. Iur интерфейс – сигнальная плоскость

Iu интерфейс связывает UTRAN с ядром сети CN (рис. 5.10). В сигнальной плоскости Iu интерфейс поддерживает сигнальный протокол RANAP (Radio Access Network Application Part). RANAP содержит как протоколы сигнализации между RNC и CN, так и протоколы, обеспечивающие прозрачную передачу сообщений через RNC между CN и UE (рис. 5.34).

Рис. 5.34. Iu интерфейс – сигнальная плоскость

Выделенный канал в RAN (между UE и CN) называют RAB (Radio Access Bearer). CN посылает команды на организацию каналов, их модификацию, поддержку и удаление. В домене с коммутацией каналов канал (bearer) организует SRNC, обговаривая характеристики RAB с MSC/VLR. В домене с коммутацией пакетов канал организуют SRNC и SGSN. До того, как выделить RAB, между SRNC и UE должно быть установлено, по крайней мере, одно радиосоединение. RAB можно описать набором идентификаторов ресурсов, обеспечивающих соединение UE с CN. Такими идентификаторами являются AAL2 ID и Bearer ID, определяющие RAB в SRNC, MSC/VLR или SGSN.

В пользовательской плоскости (user plane) интерфейсы Iub, Iur и Iu показаны на рис. 5.35 – 5.37. Данные передают в виде последовательности кадров (frame) с поддержкой frame protocols или в виде потоков (user data streams) с требуемыми характеристиками качества QoS (Quality of Service).

Рис.5.35. Iub интерфейс - пользовательская плоскость

Рис.5.36. Iur интерфейс - пользовательская плоскость

Рис.5.37. Iu интерфейс - пользовательская плоскость

Реальные структуры интерфейсов, приведенных на рис. 5.32 – 5.37 значительно сложнее. Это обусловлено необходимостью конвергенции сетей GSM/UMTS и использованием на практике отличных от АТМ технологий передачи.