Systemarkitektur Evolution

SAE ( System Architecture Evolution -  System Architecture Evolution  ) är en nätverkskärnarkitektur utvecklad av 3GPP -konsortiet för LTE- standarden för trådlös kommunikation .

SAE är en evolutionär fortsättning på GPRS -nätverkskärnan , med några skillnader:

• förenklad arkitektur  - SAE-arkitektur minskar drifts- och kapitalkostnader. Den nya, platta modellen innebär att endast två typer av noder (basstationer och gateways) kommer att behöva uppgraderas för att klara trafiken vid en betydande trafikökning.
• byggt helt på IP (All IP Network - AIPN)  - De första 3G-koncepten utvecklades så att rösten fortfarande skulle föras över ett kretskopplat system. Sedan dess har det skett en förskjutning mot IP-nätverk. Följaktligen är SAE-arkitekturen baserad på ett IP-nätverk.
• ger mer kapacitet på radioaccessnätverket (RAN)  - nedlänken (Down Link) förväntas vara över 100 Mbps, och systemets fokus kommer att ligga på bandbreddsmobilitet, nätverket kommer att behöva stödja många fler lagerdata.
• ger lägre RAN-latens  - Med ökade nivåer av interoperabilitet och snabbare svar kommer SAE-konceptet att ge latensnivåer i området 10ms.
• stöder mobilitet mellan flera heterogena RAN , inklusive stöd för både GPRS och icke-3GPP-system (som WiMAX )

SAE-arkitektur

Huvudkomponenten i SAE-arkitekturen är Evolved Packet Core ( EPC ). EPC är motsvarigheten till ett GPRS-nätverk.

Komponenterna i EPC är [1] :

• MME (Mobility Management Entity) är nyckelkontrollmodulen för LTE-accessnätverket. Det är ansvarigt för mobilitet, överlämning, spårning och personsökningsprocedurer för UE (User Equipment). Den deltar i aktiveringen/deaktiveringen av nätverksresurser och är också ansvarig för att välja SGW för UE under den initiala anslutningen och under överlämning inom LTE med en ändring av kärnnätsnoden (CN). Den ansvarar för användarautentisering (när den interagerar med HSS). Non-Access Stratum (NAS)-signaleringen avslutas vid MME:n och denna nod är också ansvarig för att generera och distribuera temporära identifierare för UE:n. Den kontrollerar UE:s behörighet att få åtkomst till leverantörer av Public Land Mobile Network (PLMN) och implementerar roamingrestriktioner för UE. MME är slutpunkten för nätverket för NAS-signalering av kryptering/integritetsskydd och ansvarar för säkerhetshantering. Laglig signalavlyssning tillhandahålls också av MME. MME tillhandahåller ett kontrollfunktionsplan för mobilitet mellan LTE- och 2G/3G -accessnätverk via S3-gränssnittet installerat på MME av SGSN . MME:n är också ansluten via ett S6a-gränssnitt till UE:s hemroaming-HSS.

• SGW (Serving Gateway): Designad för att bearbeta och dirigera paketdata som kommer från/till basstationens delsystem. SGW dirigerar och vidarebefordrar användardatapaket samtidigt som den fungerar som ett mobilitetsankare för användardata vid överlämning mellan basstationer (eNodeB), och som en mobilitetskontrollnod mellan LTE-nätverket och nätverk med andra 3GPP-teknologier. När UE är ledig och inte upptagen under ett samtal, inaktiverar SGW nedlänken (DL) och personsökning om data behöver skickas på DL mot UE. Den hanterar och lagrar UE-tillstånd (t.ex. bandbreddskrav för IP-tjänster, intern nätverksroutinginformation). Den tillhandahåller också en kopia av användardata vid laglig avlyssning.

• PGW (Packet Data Network Gateway): Packet Gateway tillhandahåller anslutning från UE till externa paketdatanätverk, vilket är trafikingångs- och utgångspunkten för UE:n. En UE kan vara ansluten till mer än en PGW samtidigt för att ansluta till flera nätverk. PGW utför säkerhet, paketfiltrering per användare, faktureringsstöd , laglig avlyssning och paketsortering. En annan viktig roll för PGW är att vara mobilitetskontrollnoden mellan 3GPP och icke-3GPP-teknologier såsom WiMAX och 3GPP2 ( CDMA 1X och EvDO ).

• PCRF ( Policy and Charging Rules Function det allmänna namnet för enheter inom SAE EPC som övervakar flödet av tillhandahållna tjänster och tillämpar avgiftspolicy. För applikationer som kräver realtidsövervakning eller laddning kan ett valfritt nätverkselement som kallas Applications Function (AF) användas.

Fördelning av intelligens i SAE

För att möta kraven på ökad bandbredd och minskad svarstid, samt för övergången till ett helt IP-nätverk, måste ett nytt synsätt på nätverksstrukturen användas.

Tidigare bestod 3G-radioaccessnätverket av Node Bs (basstationer) och Radio Network Controllers ( RNC ). Flera Node B var stjärnanslutna till RNC, som bar huvuddelen av radioresurshanteringsbelastningen. I sin tur var RNC:erna anslutna till nätverkets kärna och anslutna till varandra genom den.

För att tillhandahålla den nödvändiga funktionaliteten inom LTE, i SAE-strukturen, flyttas kontrollskiktet från kärnan till periferin. RNC:erna tas bort och RF-resurskontrollen överförs till basstationerna. Den nya typen av basstationer kallas eNodeB eller eNB.

eNBs ansluter direkt till kärnnätets gateway genom ett nytt "S1-gränssnitt". Utöver detta ansluter nya eNBs till angränsande eNBs på ett nätverksliknande sätt via ett "X2-gränssnitt". Detta ger en mycket högre nivå av direkt interaktion. Denna anslutning gör också att många samtal kan dirigeras direkt, eftersom ett stort antal samtal och anslutningar på nätet är avsedda för mobila enheter i samma eller närliggande celler. Den nya strukturen tillåter att samtal dirigeras över en kortare rutt och med minimal användning av nätverkets kärnresurser.

Förutom att implementera OSI Layer 1 och Layer 2 , hanterar eNB ett antal andra funktioner som inkluderar radioresurskontroll (inklusive åtkomstkontroll), lastbalansering och mobilitetshantering , inklusive handover beslutsfattande för mobilanvändare eller utrustning (UEs).

Ytterligare nivåer av flexibilitet och funktionalitet gör att nya eNB:er är mer komplexa än UMTS eller tidigare generationers basstationer. Den nya strukturen för SAE-nätverket tillåter dock mycket högre prestandanivåer. Dessutom tillåter den inbyggda flexibiliteten i eNBs dem att stödja ytterligare expansion av funktionalitet för att migrera från LTE till LTE Advanced .

Anteckningar

1. ↑ LTE-vitbok

Länkar

• 3GPP SAE-länk  (inte tillgänglig länk)
• 3GPP 23.401: General Packet Radio Service (GPRS) förbättringar för E-UTRAN-åtkomst (Evolved Universal Terrestrial Radio Access Network)
• 3GPP 23.402: 3GPP System Architecture Evolution
• 3GPP LTE-SAE översikt, av Ulrich Barth (SAE 2006)
• SAE och LTE vitbok: Full Service Broadband Architecture (PDF)  (länk ej tillgänglig) . Ericsson. Arkiverad från originalet den 31 mars 2010. (obestämd)

• SAE and the Evolved Packet Core - driver revolutionen för mobilt bredband: SAE and the Evolved Packet Core - driver den mobila bredbandsrevolutionen (otillgänglig länk) . Elsevier. Arkiverad från originalet den 26 maj 2012. (obestämd) 

• LTE White Paper: Long Term Evolution (LTE): En teknisk översikt (PDF)  (inte tillgänglig länk) . Motorola. Arkiverad från originalet den 26 maj 2012. (obestämd)

• Strategisk vitbok: Introduktion till Evolved Packet Core (PDF)  (inte tillgänglig länk) . Alcatel Lucent. Arkiverad från originalet den 26 maj 2012. (obestämd)

• Teknisk vitbok: Evolved Packet Core-lösning: Innovation i LTE-kärna (PDF)  (inte tillgänglig länk) . Alcatel Lucent. Arkiverad från originalet den 26 maj 2012. (obestämd)

• SAE testbädd: Nomor tillhandahåller SAE (System Architecture Evolution) testbädd inom SEA-projektet (HTML)  (länk ej tillgänglig) . nomorforskning. Arkiverad från originalet den 5 oktober 2011. (obestämd)