1. Взаимодействие сети LTE с сетями стандартов 3GPP
advertisement
ОАО «ГИПРОСВЯЗЬ» 2009 Терентьев С.В. (+7 926 510 5858), Тихвинский В.О. Взаимодействие сети LTE с сетями мобильной связи различных стандартов 1. Взаимодействие сети LTE с сетями стандартов 3GPP...............................................1 2. Взаимодействие сети LTE с сетями других стандартов, отличных от 3GPP (non3GPP) .......................................................................................................................................6 1. Взаимодействие сети LTE с сетями стандартов 3GPP Поддержка мобильности терминала при перемещении из зоны обслуживания одной сети в зону обслуживания другой является важной задачей, возникающей при взаимодействии сети LTE с сетями мобильной связи стандартов 3GPP (далее сети 3GPP). Алгоритмы взаимодействия сети LTE с сетями 3GPP при различных режимах работы мобильного терминала можно классифицировать: алгоритмы взаимодействия сети LTE с сетями 3GPP в целях обеспечения дискретной мобильности (роуминга); алгоритмы взаимодействия сети LTE с сетями 3GPP в целях поддержки непрерывной мобильности (хендовера). Упрощенная архитектура сети LTE при взаимодействии с доменом пакетной коммутации GPRS (PS-доменом) сетей 3GPP более ранних стандартов согласно 3GPP TS 23.401 показана на рис. 1, где в качестве сетей радиодоступа используются сети GERAN, UTRAN и EUTRAN. Детализированная архитектура приведена в приложении 1. Необходимо отметить, что на практике сетевые элементы SGSN, Serving GW и PDN Gateway конструктивно могут быть совмещены. UTRAN SGSN HSS GERAN S3 S1-MME S6a MME PCRF S11 S10 LTE-Uu UE S12 S4 Serving Gateway E-UTRAN S1-U S5 Rx Gx PDN Gateway SGi Operator's IP Services (e.g. IMS, PSS etc.) Рис. 1. Архитектура сети LTE при взаимодействии с PS-доменом сетей 3GPP более ранних стандартов. ОАО «ГИПРОСВЯЗЬ» 2009 Терентьев С.В. (+7 926 510 5858), Тихвинский В.О. На рис. 1 под PSS (PSTN/ISDN Simulation Services) понимается имитация (симуляция) программно-аппаратными средствами IP-сетей услуг телефонной связи, аналогичных услугам, поддерживаемым в сетях ТФОП на базе технологии коммутации каналов. Согласно данной архитектуре основными интерфейсами взаимодействия сети LTE с сетями 3GPP (GERAN/UMTS) являются интерфейсы S3, S4 и S12. Интерфейсы S3 и S4 обеспечивают взаимодействие MME и Serving Gateway сети LTE с сервисным узлом SGSN сетей 3G более ранних стандартов с помощью протокола GTP (GPRS Tunnelling Protocol) версии 2. Интерфейс S12 по своему назначению аналогичен интерфейсу Gn между сервисным узлом SGSN и шлюзом GGSN сети GPRS. Вторая версия протокола GTP (GTPv2) разработана с учетом особенностей построения базовой сети EPC. Согласно спецификации протокол GTP подразделяется на два вида: протокол передачи данных плоскости управления GTP-C (Control Plane) и протокол передачи данных плоскости пользователя GTP-U (User Plane). Протокол GTPv2-C (см. спецификацию 3GPP TS 29.274) используется на интерфейсах S3 и S4 для поддержки мобильностью терминала в сетях GERAN/UMTS/LTE. Протокол GTPv1U (см. спецификацию 3GPP TS 29.281) используется на интерфейсах S4 и S12 для передачи данных пользователя с использованием туннелей. Сервисный узел SGSN сети GERAN/UMTS при взаимодействии с сетью LTE обеспечивает выполнение следующих основных функций: выбор и взаимодействие с MME в целях поддержки мобильности терминала (например, регистрация мобильности терминала в сети GERAN/UMTS; обновление зон местоположения мобильности терминала (Routing Area Update) и хендовер в сети GERAN/UMTS со сменой SGSN и S-GW; хендовер со сменой технологии сети доступа inter-RAT handover); выбор и взаимодействие с Serving Gateway и PDN Gateway в целях поддержки мобильности терминала и передачи данных пользователей (функциональность MME). Узел Serving GW сети LTE при взаимодействии с сетью GERAN/UMTS обеспечивает выполнение следующих основных функций: взаимодействие с SGSN в целях поддержки мобильности терминала; маршрутизацию и передачу трафика пользователя между SGSN и PDN Gateway; управление качеством передачи пакетов данных QoS по методу DiffServ и маркировку пакетов данных в соответствие индикатором качества QCI. Узел MME сети LTE при взаимодействии с сетью GERAN/UMTS обеспечивает выполнение следующих основных функций: выбор и взаимодействие с SGSN в целях поддержки мобильности терминала; аутентификация и авторизация пользователей. Упрощенная архитектура сети LTE при взаимодействии с доменом пакетной коммутации GPRS сетей 3GPP более ранних стандартов в условиях роуминга показана на рис. 2. ОАО «ГИПРОСВЯЗЬ» 2009 Терентьев С.В. (+7 926 510 5858), Тихвинский В.О. Как видно из рисунка в условиях роуминга взаимодействие Serving Gateway и PDN Gateway осуществляется по интерфейсу S8, а не S5 как показано на рис. 1. HSS PCRF Gx Rx S6a PDN Gateway SGi Operator’s IP Services (e.g. IMS, PSS etc.) HPLMN VPLMN S8 UTRAN SGSN GERAN S12 S3 S1-MME S4 MME S11 S10 “ LTE - Uu ” UE Serving Gateway E-UTRAN S1-U Рис. 2. Архитектура сети LTE при взаимодействии с PS-доменом сетей 3GPP более ранних стандартов в условиях роуминга. На рис. 2 показан пример архитектуры с терминацией трафика пользователей в домашней сети. Другие варианты архитектуры подразумевают терминацию трафика пользователей в гостевой сети (рис. 3), а также возможностью предоставления сервисов с использованием ресурсов (например, подсистемы IMS) гостевого оператора (рис. 4). В архитектуре, показанной на рис. 3, используется PDN Gateway гостевой сети. При этом управление доступами к услугам и тарификация осуществляется при помощи «политик» модуля V-PCRF гостевой сети, взаимодействующего с модулем H-PCRF домашней сети по интерфейсу S9. Согласно рис. 4 взаимодействие с сервисными платформами оператора гостевой сети (например, IMS) осуществляется модулем V-PCRF по интерфейсу Rx. ОАО «ГИПРОСВЯЗЬ» 2009 Терентьев С.В. (+7 926 510 5858), Тихвинский В.О. HSS H-PCRF Rx S6a S9 HPLMN VPLMN Home Operator’s IP Services UTRAN SGSN GERAN S3 S4 S1-MME V-PCRF S12 MME Gx S11 S10 "LTE-Uu" Serving Gateway E-UTRAN UE S5 PDN SGi Gateway S1- U Visited Operator PDN Рис. 3. Архитектура сети LTE при взаимодействии с PS-доменом сетей 3GPP более ранних стандартов в условиях роуминга и терминации трафика в гостевой сети. HSS H-PCRF S6a S9 HPLMN VPLMN UTRAN SGSN GERAN S3 V-PCRF S4 S1-MME S12 MME Rx Gx S11 S10 LTE-Uu UE S5 Serving Gateway E-UTRAN SGi PDN Gateway Visited Operator's IP Services S1-U Рис. 4.1.4. Архитектура сети LTE при взаимодействии с PS-доменом сетей 3GPP более ранних стандартов в условиях роуминга, терминации трафика и использованием сервисных платформ в гостевой сети. ОАО «ГИПРОСВЯЗЬ» 2009 Терентьев С.В. (+7 926 510 5858), Тихвинский В.О. Взаимодействие сети LTE с сетями 3GPP более ранних стандартов в целях оказания традиционных услуг телефонии осуществляется в соответствие с архитектурой голосовых вызовов SRVCC (Single Radio Voice Call Continuity), представленной в спецификации 3GPP TS 23.216 (рис. 5). Согласно данной архитектуре голосовые вызовы в сетях 3GPP могут осуществляться при помощи как традиционной технологии коммутации каналов TDM, так и при помощи технологии коммутации пакетов на базе подсистемы IMS. UE Target UTRAN/GERAN Um/Uu Iu-cs/A MSC Server Iu-ps/Gb Sv SGSN S3 IMS MME S6a HSS S1-MME UE E-UTRAN Uu E-UTRAN S11 S1-U Serving/PDN GW SGi Канал передачи данных до хендовера Канал передачи данных после хендовера Сигнализация по протоколу SIP до хендовера Рис. 5. Архитектура SRVCC для взаимодействия сети LTE с СS-доменом сетей 3GPP более ранних стандартов для традиционных голосовых услуг. Взаимодействие MME с сервером MSC при осуществлении хендовера голосовых вызовов из сети LTE в традиционный домен коммутации каналов (CS-домен) сети 3GPP осуществляется при помощи интерфейса Sv, представленного в спецификации 3GPP TS 29.280. Взаимодействие MME с узлом SGSN при осуществлении хендовера голосовых вызовов из сети LTE в PS-домен сети 3GPP осуществляется при помощи ранее рассмотренного интерфейса S3. ОАО «ГИПРОСВЯЗЬ» 2009 Терентьев С.В. (+7 926 510 5858), Тихвинский В.О. 2. Взаимодействие сети LTE с сетями других стандартов, отличных от 3GPP (non3GPP) 2.1. Принципы взаимодействия сети LTE с сетями других стандартов, отличных от 3GPP, на основе IP-протоколов управления мобильностью Глобально алгоритмы взаимодействия сети LTE с сетями других стандартов, отличных от 3GPP (далее non-3GPP), можно разделить на алгоритмы взаимодействия с сетями с гарантированной безопасностью («надежными», англ. trusted) и алгоритмы взаимодействия с сетями с негарантированной безопасностью («не надежными», англ. non-trusted). В качестве «надежных» сетей могут быть присоединенные сети других операторов (например, сети CDMA2000, WiMAX), в качестве «не надежных» – публичные IP-сети Интернет. Взаимодействие сети LTE с «надежными» сетями стандартов non-3GPP осуществляется посредством шлюза PDN GW, взаимодействие с «не надежными» сетями – посредством шлюза ePDG. С учетом стандартов взаимодействующих сетей и различных режимов работы мобильного терминала алгоритмы взаимодействия можно классифицировать: алгоритмы взаимодействия сети LTE с сетями non-3GPP в целях поддержки работы мобильного терминала в режиме IDLE; алгоритмы взаимодействия сети LTE с сетями non-3GPP в целях поддержки работы мобильного терминала в режиме CONNECTED. Поддержка гетерогенными сетями работы мобильного терминала в режиме CONNECTED обеспечивает так называемую непрерывную мобильность терминала, в режиме IDLE – дискретную мобильность терминала. Непрерывная мобильность терминала реализована в виде процедур хендовера. Дискретная мобильность терминала реализована в виде процедур поддержки роуминга. Рассмотренные виды мобильностей в гетерогенных сетях применимы только к мобильным терминалам, имеющим возможность работы с сетями различных стандартов. С учетом концепции построения базовой сети EPC «All-over IP» мобильность терминала при взаимодействии сети LTE с сетями non-3GPP основана на работе протоколов управления мобильностью в IP-сетях. Протоколы управления мобильностью в IP-сетях подразделяются на два вида: протоколы управления мобильностью на базе хостов1 HBM (Host Based Mobility); протоколы управления мобильностью на базе сети NBM (Network Based Mobility). Протоколы управления мобильностью на базе хостов HBM реализованы непосредственно в мобильном терминале. Протоколы на базе сети NBM предназначены для мак- 1 Под «хостом» понимается любое устройство, имеющее соединение с IP-сетью и функционирующее по правилу «клиент-сервер» ОАО «ГИПРОСВЯЗЬ» 2009 Терентьев С.В. (+7 926 510 5858), Тихвинский В.О. симальной разгрузки мобильного терминала от задач поддержки мобильности и достижения следующих целей: повышение эффективности использования сетевых ресурсов за счет значительного сокращения сигнальных сообщений передаваемых/принимаемых мобильным терминалом (например, сообщений обновления данных местоположения типа location update), а также отсутствия туннелей между непосредственно мобильным терминалом и сетевыми элементами; повышение производительности работы и экономии энергии мобильного терминала за счет освобождения его от задач поддержки мобильности; упрощение мобильного терминала за счет отсутствия в его стеке протоколов управления мобильностью. Примером протоколов HBM являются протоколы MIPv4 (Mobile IP version 4) и DSMIPv6 (Dual-Stack Mobile IP version 6), примером NBM – протокол PMIPv6 (Proxy Mobile IP version 6). Протокол MIPv4 является расширением функциональности протокола IPv4 по обеспечению мобильности и описан в спецификации RFC 3344. Согласно данной спецификации мобильный терминал всегда идентифицируется своим «домашним» IP-адресом независимо от сети доступа, хотя в гостевой (визитной) сети он получает другой IP-адрес («careof»-адрес). Назначение IP-адресов выполняется протоколом динамической конфигурации DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol). Функционирование протокола MIPv4 реализовано при помощи взаимодействия сетевых элементов: мобильного терминала MN (Mobile Node); агента домашней сети HA (Home Agent); агента визитной сети FA (Foreign Agent); корреспондентского узла CN (Correspondent Node). Агент домашней сети HA имеет информацию об IP-адресе мобильного терминала («care-of»-адрес), зарегистрированного в визитной сети при помощи агента FA. Распознавая IP-сессии агент HA пересылает датаграммы, предназначенные мобильному терминалу MN на его новый «care-of»-адрес, используя специальный IP-туннель. «Care-of»-адрес назначается мобильному терминалу в момент регистрации и может быть двух типов: «foreign agent care-of address» (FACoA) и «co-located care-of address». Адрес типа «foreign agent care-of address» представляет собой IP-адрес агента FA, который одновременно является одной из конечных точек IP-туннеля (другой конечной точкой IP-туннеля является агент HA). Получив данные из туннеля, агент FA декапсулирует пакет, после чего передает его мобильному терминалу. Адрес типа «co-located care-of address» представляет собой IP-адрес непосредственно мобильного терминала MN, который одновременно является конечной точкой IP-туннеля. В данном случае MN самостоятельно осуществляет декапсуляцию данных IP-туннеля. Взаимодействие агентов FA и HA при регистрации осуществляется при помощи сообщений «Agent Advertisement». Кроме того в процессе аутентификации на основе MAC- ОАО «ГИПРОСВЯЗЬ» 2009 Терентьев С.В. (+7 926 510 5858), Тихвинский В.О. адресов может быть использован протокол ARP (Address Resolution Protocol). Протокол ARP определен в спецификации RFC 826 и является протоколом канального уровня (Data Link layer), предназначенным для определения MAC-адреса терминала по его IP-адресу. Взаимодействие мобильного терминала MN с агентом FA осуществляется при помощи сообщений «Agent Solicitation». На основе данных сообщений MN определяет свое местоположение (домашняя, визитная сеть), получает информацию о любых изменениях в установках FA. При возврате мобильного узла из визитной сети в домашнюю он отменяет свою внешнюю регистрацию у агента HA с помощью пары сообщений «Registration Request» и «Registration Reply». Когда мобильный терминал зарегистрирован в визитной сети, пакеты данных от корреспондентского узла CN, предназначенные для MN, переадресуются в визитную сеть с помощью агента HA. Переадресация может выполняться либо первоначально на агент FA и далее терминалу MN, либо сразу непосредственно на терминал MN в зависимости от типа «Care-of»-адреса. Передача пакетов данных от терминала MN корреспондентскому узлу CN может осуществляться через агент FA, либо напрямую. Недостатком протокола MIPv4 является неоптимальное использование сетевых ресурсов. Устранение данного недостатка реализовано в протоколе MIPv6, являющимся расширением функциональности протокола IPv6. Оптимальное использование сетевых ресурсов обеспечивается за счет внедрения механизмов оптимальной маршрутизации RO (Route Optimization). При оптимальной маршрутизации пакеты данных передаются от корреспондентского узла CN сразу непосредственно мобильному терминалу MN. Оповещение узла CN о смене IP-адреса терминалом MN осуществляется с использованием специальных управляющих сообщений типа Binding Update. Последовательное внедрение IP-протоколов версии 6 приводит к ситуации, когда одна часть сетевого оборудования использует адресацию IPv4 (например, большая часть хостов WWW, сервера IM), а другая – адресацию IPv6 (например, сервера DNS, небольшая часть хостов WWW, почтовые сервера Mail Servers, а также сервера VoIP и видео стриминга). В этой ситуации поддержка мобильности терминала может быть обеспечена с помощью дуального протокола DSMIPv6, поддерживающего формирование туннелей с использованием протоколов как IPv4, так и IPv6. Протокол PMIPv6 является протоколом управления мобильностью и определен спецификацией RFC 5213, а также спецификацией 3GPP TS 29.275 «Proxy Mobile IPv6 (PMIPv6) based Mobility and Tunnelling protocols, Stage 3». По своей функциональности протокол PMIPv6 во многом схож с MIPv6. Основным отличием этих протоколов является то, что протокол PMIPv6 главным образом реализован в сетевом сегменте. Достоинством данного протокола является освобождение мобильного терминала от части задач управления мобильностью, что позволяет экономить как ресурсы сети доступа, так и ресурсы самого терминала. Эти достоинства особенно актуальны для сетей радиодоступа. Согласно спецификации 3GPP TS 23.402 Release 8 протокол PMIPv6 является одним из базовых протоколов управления мобильностью в сетях LTE при взаимодействии не только с сетями доступа non-3GPP, но и как альтернатива протоколу GTP при взаимодействии с сетями доступа 3GPP. ОАО «ГИПРОСВЯЗЬ» 2009 Терентьев С.В. (+7 926 510 5858), Тихвинский В.О. Функционирование протокола PMIPv6 реализовано при помощи взаимодействия сетевых элементов: мобильный терминал MN (Mobile Node), поддерживающий протокол IPv6, имеющий доступ к беспроводной сети доступа и обладающий возможностями изменять свое местоположение; в MN не реализованы протоколы управления мобильностью; локальный узел управления мобильностью LMA (Local Mobility Anchor), поддерживающий протокол IPv6; узел LMA (или согласно переводу «Якорь») во многом по своей функциональности схож с агентом HA, но обладает расширенной функциональностью по поддержке мобильности без участия MN; элементы LMA и HA размещаются, как правило, в одном сетевом узле; шлюз мобильного доступа MAG (Mobile Access Gateway), непосредственно отвечающий за обеспечение мобильности терминала MN; шлюз MAG отвечает за передачу сообщений сигнализации узлу LMA; доступ мобильного терминала MN к домену PMIPv6 осуществляется через шлюз MAG; сетевая база данных Policy Profile, содержащая данные о параметрах MN, требуемых для обеспечения работы шлюза MAG и узла LMA. Согласно концепции протокола PMIPv6 используются следующая адресация: адрес PCoA (Proxy Care of Address) – сетевой адрес шлюза MAG, являющийся конечной точкой двунаправленного туннеля между LMA и MAG; адрес PCoA ассоциируется узлом LMA как адрес CoA (Care of Address) мобильного терминала MN, зарегистрированного в визитной сети; адрес MN-HoA (Home Address of Mobile Node) – сетевой адрес мобильного терминала MN, используемый для присоединения терминала к домену PMIPv6; идентификатор мобильного терминала MN-NAI (Mobile Node Identifier), используемый терминалом MN для выполнения процедур аутентификации в домене PMIPv6; префикс MN-HNP (Home Network Prefix), обеспечивающий топологическую привязку узла LMA и терминала MN. 2.2. Использование различных IP-протоколов управления мобильностью при взаимодействии сети LTE с сетями других стандартов, отличных от 3GPP Сети LTE при взаимодействии с сетями других стандартов, отличных от 3GPP, могут использовать различные протоколы управления мобильностью (см. раздел 4.2.1). Выбор конкретного протокола зависит от технических возможностей мобильного терминала и сети доступа, а именно от типов поддерживаемых ими протоколов (например, MIPv4, DSMIPv6 или PMIPv6). Механизм такого выбора реализован в виде сетевой процедуры IPMS (IP Mobility Management Selection). Функционирование процедуры выбора протоколов управления мобильностью IPMS осуществляется в случаях когда: ОАО «ГИПРОСВЯЗЬ» 2009 Терентьев С.В. (+7 926 510 5858), Тихвинский В.О. мобильный терминал осуществляет регистрацию посредством сетей доступа non3GPP; мобильный терминал осуществляет хендовер в сеть доступа non-3GPP. Процедура IPMS не используется, когда доступ к базовой сети EPC осуществляется посредством сетей доступа стандартов 3GPP. В процессе регистрации посредством сети доступа non-3GPP работа процедуры IPMS осуществляется до момента выделения мобильному терминалу IP-адреса. Функционирование процедуры IPMS при регистрации мобильного терминала основано на принципах: выбранный протокол управления мобильностью должен поддерживаться одновременно и мобильным терминалом и сетью доступа (интерфейсом S2c); в случае если мобильный терминал MN и сеть доступа non-3GPP поддерживают разные протоколы, то в качестве протокола управления мобильностью выбирается протокол PMIPv6. При регистрации мобильного терминала за присвоение локального IP-адреса отвечает либо сетевой элемент «надежной» сети доступа non-3GPP, либо шлюз ePDG (в случае если сеть доступа является «не надежной»). В случае если в качестве протокола управления мобильностью выбирается протокол DSMIPv6, то адрес CoA присваивается мобильному терминалу, в случае если протокол MIPv4 – адрес CoA присваивается агенту FA (FACoA); Функционирование процедуры IPMS при осуществлении хендовера в гетерогенных сетях можно пояснить на основе примера, представленном в таблице 1. Таблица 1. Пример функционирования процедуры IPMS при осуществлении хендовера. Поддерживаемые IP-протоколы управления мобильностью Протоколы МN Протоколы сети доступа non-3GPP (trusted), либо шлюза ePDG (в случае non-trusted) PMIPv6 PMIPv6 DSMIPv6 DSMIPv6 DSMIPv6 PMIPv6 DSMIPv6, PMIPv6 DSMIPv6, PMIPv6 Нет информации PMIPv6 и другие Решение процедуры IPMS по выбору протокола управления мобильностью PMIPv6 DSMIPv6 PMIPv6 DSMIPv6, либо PMIPv6 (решение принимается на основе «политик» сети) PMIPv6 Информация о протоколах, поддерживаемых мобильным терминалом доступна как базовой сети EPC, так и сети доступа non-3GPP посредством использования протоколов аутентификации AAA (Authentication, Authorization, Accounting). ОАО «ГИПРОСВЯЗЬ» 2009 Терентьев С.В. (+7 926 510 5858), Тихвинский В.О. В целях сохранения непрерывности IP-сессий при осуществлении хендовера необходимо обеспечить сохранность IP-адреса мобильного терминала. Сохранность IP-адреса при использовании протокола управления мобильности PMIPv6, а также MIPv6 (только в случае использования FACoA) обеспечивается управляющими сообщениями интерфейса S2a, при использовании DSMIPv6 сохранение IP-адреса (CoA) обеспечивается управляющими сообщениями интерфейса S2с. 2.3. Сценарии взаимодействия сети LTE с сетями других стандартов, отличных от 3GPP Сценарии взаимодействия сети LTE с сетями других стандартов, отличных от 3GPP, во многом определяют архитектуру сети. В качестве сценариев можно выделить следующие: взаимодействие с «надежными» сетями доступа non-3GPP (например, сетями 3GPP2), являющимися собственными сетями оператора LTE; взаимодействие с «надежными» сетями доступа non-3GPP, присоединенными к сети оператора LTE; взаимодействие с «надежными» сетями доступа non-3GPP, являющимися собственными сетями визитного оператора сотовой связи VPLMN; взаимодействие с «надежными» сетями доступа non-3GPP, присоединенными к сети визитного оператора сотовой связи VPLMN; взаимодействие с «не надежными» сетями доступа non-3GPP (например, WLAN), присоединенными к сети оператора LTE; взаимодействие с сетями доступа WLAN, являющимися собственными сетями оператора LTE; взаимодействие с сетями доступа WLAN, являющимися собственными сетями визитного оператора сотовой связи VPLMN; взаимодействие с «не надежными» сетями доступа non-3GPP, присоединенными к сети визитного оператора сотовой связи VPLMN. Взаимодействие сети LTE с сетями доступа non-3GPP согласно данных сценариев и на основе протоколов MIPv4, DSMIPv6 и PMIPv6 осуществляется с помощью сетевых элементов – Serving GW, шлюза PDN GW, шлюза ePDG и функционального модуля PCRF (см. рис. 4.2.3-4.2.5). Рассмотрим функциональности этих сетевых элементов, обеспечивающие поддержку мобильности терминалов. Базовая функциональность Serving GW описана в спецификации TS 23.401. Дополнительно Serving GW в целях поддержки мобильности терминалов при взаимодействии с сетями non-3GPP обеспечивает поддержку следующих функциональностей: функциональность локального non-3GPP «якоря» (non-3GPP anchor) в случае, когда мобильный терминал находится в роуминге и присоединен к визитной (гостевой) сети сотовой связи VPLMN посредством сети доступа non-3GPP; информирование PCRF о смене мобильным терминалом сети доступа одновременно с переходом на новую радиотехнологию RAT; функциональность агента DHCPv4, либо DHCPv62; ОАО «ГИПРОСВЯЗЬ» 2009 Терентьев С.В. (+7 926 510 5858), Тихвинский В.О. функциональность шлюза MAG согласно протоколу PMIPv62; генерацию и распределение GRE-ключей3, используемых PDN GW для инкапсуляции пакетов данных в PMIP-туннель; функциональность узла LMA4, взаимодействующего со шлюзом MAG, размещенного в «надежной» сети доступа non-3GPP, либо со шлюзом MAG, реализованного в ePDG при взаимодействии посредством «не надежной» сети доступа non-3GPP. Базовая функциональность PDN GW так же представлена в TS 23.401. Дополнительно PDN GW в целях поддержки мобильности терминалов при взаимодействии с сетями non3GPP обеспечивает поддержку следующих функциональностей: функциональность узла LMA; функциональность агента HA согласно RFC 5555 при использовании протокола DSMIPv6; функциональность агента HA при использовании протокола MIPv4 и адреса типа FACoA; генерацию и распределение GRE-ключей, используемых для инкапсуляции в PMIPтуннель пакетов данных, передаваемых в линии «вверх» сети доступа в направлении к шлюзу PDN GW. Шлюз ePDG при взаимодействии с «не надежными» сетями доступа (например, WLAN) обеспечивает поддержку следующих функциональностей: функциональность шлюза PDG (см. спецификацию TS 23.234) по назначению локальных IP-адресов типа CoA; маршрутизацию пакетов данных от/к PDN GW, а также маршрутизацию пакетов от/к Serving GW (если Serving GW выполняет функции локального non-3GPP «якоря» в визитной сети сотовой связи VPLMN); функциональность шлюза MAG согласно спецификации RFC 5213; инкапсуляцию и деинкапсуляцию пакетов данных в туннели PMIPv6, IPSec; формирование безопасных туннелей в соответствие с протоколом IKEv2 (Internet Key Exchange Protocol) для передачи данных аутентификации и авторизации; генерацию и распределение GRE-ключей, используемых для инкапсуляции в PMIPтуннель пакетов данных, передаваемых EPC в направлении ePDG и далее в сторону интерфейса S2b. Как было отмечено ранее протокол PMIPv6 используется не только для поддержки мобильности терминала при взаимодействии базовой сети EPC с сетью доступа non-3GPP, но и является на интерфейсе S5 альтернативой базовому протоколу GTP при взаимодействии базовой сети EPC с сетью доступа 3GPP (см. TS 23.401). Схема сети LTE, использующей в качестве сети доступа сеть 3GPP и протокол PMIPv6 на интерфейсе S5 (PMIP-based S5), приведена на рис. 6. 2 в случае использования протокола PMIPv6 на интерфейсах S5 или S8. GRE-ключи используются для инкапсуляции пакетов данных в туннель согласно протоколу GRE (Generic Routing Encapsulation), разработанному компанией Cisco и представленному в RFC 2784 4 в случае использования протокола PMIPv6 на интерфейсах S8-S2a или S8-S2b 3 ОАО «ГИПРОСВЯЗЬ» 2009 Терентьев С.В. (+7 926 510 5858), Тихвинский В.О. HSS 3GPP Access 2G/3G SGSN S6a Gxc PCRF S4 S3 Rx S12 MME S11 Gx S1-MME S10 Serving Gateway E-UTRAN SGi PDN Gateway Operator's IP Services (e.g. IMS, PSS etc.) S5 PMIP S1-U Рис. 6. Схема сети LTE при использовании в качестве сети доступа сети 3GPP и протокола PMIPv6 на интерфейсе S5. На схеме, изображенной на рис. 6, Serving GW выполняет функции шлюза MAG, а шлюз PDN GW – функции узла LMA. Соответственно между Serving GW (MAG) и шлюзом PDN GW (LMA) формируется PMIP-туннель. В случае роуминга, как показано на рис. 7, вместо интерфейса S5, PMIP-туннель формируется на интерфейсе S8. HSS Rx hPCRF S6a Gx SGi PDN Gateway HPLMN Operator's IP Services (e.g. IMS, PSS etc.) 3GPP Access S9 S8 2G/3G S4 SGSN S12 Gxc S3 MME vPCRF S11 S1-MME S10 E-UTRAN Serving Gateway S1-U VPLMN Рис. 7. Схема сети LTE в условиях роуминга и при использовании в качестве сети доступа сети 3GPP и протокола PMIPv6 на интерфейсе S8. Схемы взаимодействия сети LTE с сетями доступа non-3GPP приведены на рис. 8-9. Основное отличие этих схем заключается в используемых протоколах и соответственно интерфейсах поддержки мобильности терминала. На рис. 8 мобильность обеспечивается протоколами управления мобильностью, реализованными на интерфейсах S5, S2a, S2b. В частности на интерфейсах S5-S2a, а также S5S2b мобильность может быть реализована протоколом PMIPv6. Протокол MIPv4 может быть использован только на интерфейсе S5-S2a, а также при адресации типа FACoA. Перечень и общее описание сетевых интерфейсов, обеспечивающих взаимодействие сети LTE с сетями доступа non-3GPP, приведено в таблице 2. ОАО «ГИПРОСВЯЗЬ» 2009 Терентьев С.В. (+7 926 510 5858), Тихвинский В.О. HSS SWx S6a PCRF Gxc Rx Gx Operator's IP Services (e.g. IMS, PSS etc.) SGi 3GPP Access Serving Gateway PDN Gateway S5 S6b S2b Gxb SWm 3GPP AAA Server ePDG S2a SWn HPLMN Gxa Non-3GPP Networks Trusted Non-3GPP IP Access SWu Untrusted Non-3GPP IP Access SWa STa UE Рис. 8. Схема сети LTE при использовании в качестве сети доступа сети non-3GPP и протоколов управления мобильностью на базе интерфейсов S5, S2a, S2b. На рис. 9 мобильность терминалов обеспечивается протоколом DSMIPv6, реализованный на интерфейсах S5, S2c. HSS SWx S6a PCRF Rx Gxc Gx Operator's IP Services (e.g. IMS, PSS, etc.) SGi 3GPP Access Serving Gateway S5 PDN Gateway S6b Gxb SWm 3GPP AAA Server ePDG HPLMN SWn Non-3GPP Networks Gxa Untrusted Non -3GPP IP Access Trusted Non3GPP IP Access S2c S2c UE SWa STa S2c Рис. 9. Схема сети LTE при использовании в качестве сети доступа сети non-3GPP и протоколов управления мобильностью на базе интерфейсов S5, S2c. ОАО «ГИПРОСВЯЗЬ» 2009 Терентьев С.В. (+7 926 510 5858), Тихвинский В.О. Основные особенности схем, предоставленных на рис. 8 и 9, заключаются в следующем: на интерфейсе S5 могут использоваться протоколы GTP, либо PMIPv6; интерфейс Gxc применяется только в случае использования протокола PMIPv6 на интерфейсе S5 или S8; интерфейс Gxa применяется только в случае взаимодействия с «надежными» сетями доступа non-3GPP, являющимися собственными сетями оператора LTE. на интерфейсе S2c при взаимодействии с сетями доступа non-3GPP в качестве протоколов управления мобильностью используется протокол DSMIPv6; протокол DSMIPv6 используется также и при взаимодействии с сетями доступа 3GPP (показано пунктиром на рис. 9). В качестве примера архитектуры сети LTE при взаимодействии с сетями доступа non3GPP в условиях роуминга и использовании протокола управления мобильностью PMIPv6 на интерфейсах S8, S2a, S2b можно привести схему, показанную на рис. 10. Как видно из схемы в роуминге используется дополнительный интерфейс S9, обеспечивающий взаимодействие функциональных модулей vPCRF и hPCRF. HSS SWx Rx hPCRF Operator's IP Services (e.g. IMS, PSS etc.) Gx S6a SGi PDN Gateway HPLMN 3GPP AAA Server S6b S9 SWd S8 Gxc vPCRF Gxb Serving 3GPP Gateway** Access 3GPP AAA Proxy S2b VPLMN SWm ePDG S2a - PMIP Non -3GPP Networks Gxa Trusted Non -3GPP IP Access Wn* Untrusted Non -3GPP IP Access SWa STa Рис. 10. Схема сети LTE при взаимодействии с сетями доступа non-3GPP в условиях роуминга и использовании протокола управления мобильностью PMIPv6 на интерфейсах S8, S2a, S2b. Важными особенностями различных архитектур сети LTE в условиях роуминга является применение различных вариантов терминации пользовательского трафика в публичную ОАО «ГИПРОСВЯЗЬ» 2009 Терентьев С.В. (+7 926 510 5858), Тихвинский В.О. сеть Интернет. Различают два варианта терминации трафика: терминация трафика в «домашней» сети (Home Routed, как показано на рис. 10) и локальная терминация трафика в «визитной» сети (Local Breakout). Таблице 2. Перечень и общее описание сетевых интерфейсов, используемых при взаимодействии сети LTE с сетями доступа non-3GPP. Интерфейс Пояснение S2a Интерфейс между «надежной» сетью доступа non-3GPP и сетевыми элементами базовой сети EPC (либо Serving GW, либо шлюзом PDN Gateway в зависимости от архитектуры сети), обеспечивающий передачу данных пользователя и сигнализации. Интерфейс S2a поддерживает протоколы управления мобильностью PMIPv6, MIPv4 (с адресацией FACoA). Интерфейс между шлюзом ePDG (при взаимодействии с «не надежной» сетью доступа non-3GPP) и сетевыми элементами базовой сети EPC (либо Serving GW, либо шлюзом PDN Gateway в зависимости от архитектуры сети), обеспечивающий передачу данных пользователя и сигнализации. Интерфейс S2b поддерживает протокол управления мобильностью PMIPv6. Интерфейс взаимодействия мобильного терминала с шлюзом PDN Gateway, обеспечивающий передачу данных пользователя и сигнализации. Интерфейс S2c поддерживает протокол управления мобильностью DSMIPv6. Интерфейс между Serving GW и PDN GW, обеспечивающий передачу данных пользователей и сигнализации с использованием туннелей (GTP, либо GRE). Интерфейс между MME и базой данных HSS, используемый в целях аутентификации и авторизации. Интерфейс между шлюзом PDN Gateway и 3GPP сервером AAA (либо прокси) по протоколу DIAMETER, используемый в целях аутентификации и авторизации. При помощи данного интерфейса шлюз PDN Gateway может запрашивать 3GPP сервер/прокси AAA профили качества обслуживания QoS мобильного терминала в случае реализации динамической тарификации. Интерфейс, обеспечивающий передачу сообщений управления качеством передачи данных QoS (политик) и правил тарификации от функционального модуля PCRF к функциональному модулю PCEF, конструктивно размещенному в PDN GW. Интерфейс, обеспечивающий передачу сообщений управления качеством передачи данных QoS от функционального модуля PCRF к «надежной» сети доступа non-3GPP. Интерфейс Gxa применяется только в случае взаимодействия с «надежными» сетями доступа non-3GPP, являющимися собственными сетями оператора LTE. Интерфейс между ePDG и vPCRF, обеспечивающий передачу сообщений управления качеством передачи данных QoS от vPCRF к шлюзу ePDG. Интерфейс между Serving Gateway и PCRF, обеспечивающий передачу сообщений управления качеством передачи данных QoS от PCRF к Serving Gateway. S2b S2c S5 S6a S6b Gx Gxa Gxb Gxc ОАО «ГИПРОСВЯЗЬ» 2009 Терентьев С.В. (+7 926 510 5858), Тихвинский В.О. PMIP-based Интерфейс на базе протокола управления мобильностью PMIPv6 между Serving Gateway «визитной» сети (VPLMN) и шлюзом PDN Gateway «домашS8 ней» сети (HPLMN). Интерфейс S8 необходим в условиях роуминга и в случае терминации пользовательского трафика в «домашней» сети. S9 Интерфейс между функциональными модулями hPCRF (Home PCRF) и vPCRF (Visited PCRF). Интерфейс обеспечивает передачу сообщений управления качеством передачи данных QoS между hPCRF и vPCRF в условиях роуминга. В случае локальной терминации трафика по интерфейсу S8 передаются данные о правилах тарификации. SGi Интерфейс между шлюзом PDN Gateway и сетями передачи данных (например, сетью Интернет, корпоративной сетью передачи данных). При помощи интерфейса SGi сеть LTE взаимодействует с подсистемой IMS. SWa Интерфейс взаимодействия «не надежных» IP-сетей доступа non-3GPP с 3GPP сервером (либо прокси) AAA по протоколу DIAMETER, используемый в целях безопасной передачи информации аутентификации, авторизации и тарификации. STa Интерфейс взаимодействия «надежных» IP-сетей доступа non-3GPP с 3GPP сервером AAA (либо прокси) по протоколу DIAMETER, используемый в целях безопасной передачи информации аутентификации, авторизации и тарификации. SWd Интерфейс между 3GPP прокси AAA и 3GPP сервером AAA. SWm SWn SWu SWx Интерфейс взаимодействия 3GPP сервера AAA (либо прокси) и шлюза ePDG в целях передачи данных сигнализации AAA. Данный интерфейс используется также для передачи данных аутентификации и авторизации протоколов управления мобильности PMIPv6 (MAG-AAA) и MIPv6 (MIPv6 NAS-AAA). Интерфейс между «не надежной» IP-сетью доступа non-3GPP и шлюзом ePDG. Функциональность данного интерфейса соответствует функциональности интерфейса Wn, представленному в спецификации TS 23.234. Интерфейс между мобильным терминалом и шлюзом ePDG, обеспечивающий безопасную передачу данных в туннеле IPSec. Обмен ключами при формировании туннеля IPSec выполняется при помощи протокола IKEv2. Интерфейс между 3GPP сервером AAA и базой данных HSS, обеспечивающий аутентификацию и авторизацию мобильных терминалов. ОАО «ГИПРОСВЯЗЬ» 2009 Терентьев С.В. (+7 926 510 5858), Тихвинский В.О. Приложение 1. Детализированная архитектура совмещенной сети GERAN/UMTS/LTE. PSTN PSTN PSTN CSMGW Mc Gi Rx GMSC server PCRF PDN-GW GGSN Gx Gx Gc Nb Gn S-GW S4 Gr/S6d EIR D S13 VLR B MSC server F G VLR SGSN MSC server Nc S11 Gf Gs B E S8 Gxc HSS (HLR, AuC) Nc SGi S5 C PSTN Gp S9 S6a S3 S12 Mc Mc CS-MGW MME CS-MGW Nb A IuCS Gb CN IuPS IuCS IuPS RNS BSS BSC Abis BTS Iur RNC RNC Iub BTS Node B Node B cell Um S1-MME Uu S1-U EUTRANUu ME SIM-ME i/f or eNB Cu eNB X2 SIM USIM MS E-UTRAN
