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モバイル通信の歴史

ワイヤレス通信は私たちの先祖にとって魔法でしたが、マルコーニは1895年にワイヤレス電信でそれを開始できました。 無線通信は3つの時代に分類できます。

  • パイオニア時代(1920年まで)
  • プレセルラー時代(1920-1979)
  • セルラー時代(1979年以降)

最初の商用携帯電話システムは、セントでベルによって発売されました。 1946年にアメリカのルイ。 幸運な顧客はほとんどいません。 初期のモバイルシステムは、アナログ周波数変調技術を備えた単一の高出力トランスミッターを使用して最大約50マイルをカバーするため、帯域幅のこの厳しい制約によりサービスを利用できるのは限られた顧客のみでした。

最初の車載電話

セルラー時代

帯域幅不足の制約を克服し、より大きなセクションをカバーするために、BELL labはセルラーコンセプトの原理を導入しました。 周波数再利用技術により、この方法はより良いカバレッジ、利用可能な周波数スペクトルのより良い実用性、および送信機電力の削減をもたらしました。 ただし、確立された通話は、電話が移動している間に基地局間で引き継がれます。

米国に拠点を置くBELLラボは携帯電話の原理を導入しましたが、1981年に北欧携帯電話(NMT)が導入され、北欧諸国が初めて商用利用のための携帯電話サービスを導入しました。

第一世代システム

これらのシステムはすべて、FDMAテクノロジーを使用したアナログシステムでした。 これらは、第1世代(1G)システムとも呼ばれます。 セルラー方式に基づいて、さまざまなシステムが使用されるようになりました。 それらは以下にリストされています。

Year Mobile System
1981 Nordic Mobile Telephone(NMT)450
1982 American Mobile Phone System(AMPS)
1985 Total Access Communication System(TACS)
1986 Nordic Mobile Telephony(NMT)900

1Gシステムの欠点

  • それらはアナログであったため、干渉に対して堅牢ではありませんでした。
  • さまざまな国が独自の基準に従っており、それらは互換性がありませんでした。

1Gの困難を克服するために、ほとんどの国でデジタルテクノロジーが選択され、2Gと呼ばれる新しい時代が始まりました。

2Gの利点

  • 高度な変調技術を使用することにより、スペクトル使用率が向上しました。
  • ビットレートの低い音声コーディングにより、より多くのユーザーが同時にサービスを利用できるようになりました。
  • 容量強化のための信号舗装方法のオーバーヘッドの削減。
  • 優れたソースおよびチャネルコーディング技術により、信号は干渉に対してより堅牢になります。
  • SMSのような新しいサービスが含まれていました。
  • アクセスとハンドオフ制御の効率が改善されました。
Name of the Systems Country
DAMPS-Digital Advanced Mobile Phone System North America
GSM-Global System for Mobile communication European Countries and International applications
JDC - Japanese Digital Cellular Japan
CT-2 Cordless Telephone–2 UK
DECT-Digital European Cordless Telephone European countries

GSMの歴史

GSM標準は、特にデジタル無線技術の開発との互換性に関連する多くの問題に対処した欧州標準です。

GSMのマイルストーン

  • 1982年-欧州郵便連盟(CEPT)がグループスペシャルモバイルを設立。
  • 1985-推奨リストの採択がグループによって生成されることが決定されました。
  • 1986-一般的なエアインターフェイスの無線技術について、さまざまなフィールドテストが行​​われました。
  • 1987-TDMAがアクセス標準として選択されました。 MoUは12のオペレーター間で署名されました。
  • 1988-システムの検証が行われました。
  • 1989-欧州電気通信標準化機構(ETSI)が責任を取りました。
  • 1990-最初のGSM仕様がリリースされました。
  • 1991-最初の商用GSMシステムが発売されました。

GSMの周波数範囲

GSMは、FDMA-TDMAおよびFDDを使用して4つの異なる周波数範囲で動作します。 彼らは次のとおりです-

System P-GSM (Primary) E-GSM (Extended) GSM 1800 GSM 1900
Freq Uplink 890-915MHz 880-915MHz 1710-1785Mhz 1850-1910MHz
Freq Downlink 935-960MHz 925-960MHz 1805-1880Mhz 1930-1990MHz

セルラーコンセプト-はじめに

従来の電話の計り知れない可能性は、接続ワイヤによって課せられる制限のために最大限に活用することはできません。 しかし、セルラー無線の出現により、この制限は取り除かれました。

周波数不足問題

すべての加入者に専用のRFループを使用する場合、単一の都市で限られた数の加入者にサービスを提供するためにより大きな帯域幅が必要です。

単一のRFループには50 kHz B/Wが必要です。数万人の加入者の場合、1,00,000 x 50 kHz = 5 GHzが必要です。

この白黒の問題を克服するには、加入者は専用のRFループではなく、必要に応じてRFチャネルを共有する必要があります。 これは、FDMA、TDMA、またはCDMAの複数のアクセス方法を使用して実現できます。 それでも、加入者にサービスを提供するために必要なRFチャネルの数は、実行不可能であることがわかります。

30Sq.Kmのサブ密度、1%のサービスグレード、30m Eとしてモバイルサブごとに提供されるトラフィックを考慮してください。 その後、必要なRFチャネルの数は-

Radius(km) Area in Sq.km Subs RF Channels
1 3.14 100 8
3 28.03 900 38
10 314 10000 360

10,000のサブで360の無線チャンネルを割り当てるには、360×50 KHz = 18 MHzのB/Wが必要です。 これは実際には実行できません。

細胞アプローチ

限られた周波数リソースで、セルラー方式は手頃な価格で数千の加入者にサービスを提供できます。 セルラーネットワークでは、総エリアは「セル」と呼ばれる小さなエリアに分割されます。 各セルは、その境界内の限られた数のモバイル加入者をカバーできます。 各セルには、複数のRFチャネルを備えた基地局を設置できます。

特定のセル領域で使用される周波数は、地理的に離れた別のセルで同時に再利用されます。 たとえば、一般的な7セルパターンを検討できます。

セルラーアプローチ

使用可能な合計周波数リソースは7つの部分に分割され、各部分は複数の無線チャネルで構成され、セルサイトに割り当てられます。 7つのセルのグループでは、使用可能な周波数スペクトルが完全に消費されます。 同じ7セットの周波数を一定の距離の後に使用できます。

利用可能な周波数スペクトルが完全に消費されるセルのグループは、セルのクラスターと呼ばれます。

隣接クラスタ内で同じ番号の2つのセルは、同じRFチャネルのセットを使用するため、「同一チャネルセル」と呼ばれます。 同じ周波数を使用するセル間の距離は、同一チャネル(co-chl)干渉を許容レベルに保つのに十分でなければなりません。 したがって、セルラーシステムは同一チャネル干渉によって制限されます。

したがって、細胞の原理は以下を可能にします。

  • 利用可能な限られたRFソースのより効率的な使用。
  • 同じチャネルセットを持つ地域内の加入者のすべての端末の製造。これにより、地域内の任意のモバイルを使用できます。

セルの形状

分析目的では、次の理由により、「ヘキサゴン」セルは紙上の他の形状よりも優先されます。

  • 六角形レイアウトでは、特定の領域をカバーするために必要なセルが少なくなります。 したがって、より少ない基地局と最小限の設備投資を想定しています。
  • 他の幾何学的形状ではこれを効果的に行えません。 たとえば、円形のセルが存在する場合、セルが重複します。
  • また、正方形、三角形、六角形の中で与えられた領域では、六角形の半径が弱いモバイルに必要な最大値になります。

実際には、セルは六角形ではなく不規則な形状であり、地形、障害物、およびその他の地理的制約に対する電波の伝搬などの要因によって決定されます。 領域をセルに分割するには、複雑なコンピュータープログラムが必要です。 そのようなプログラムの1つが、シーメンスの「トルネード」です。

動作環境

モビリティにより、基地局とモバイル端末間の無線信号は、同じセル内であっても送信機から受信機に移動する際にさまざまな変更を受けます。 これらの変更の原因は-

  • 送信機と受信機の物理的な分離。
  • パスの物理環境、つまり 地形、建物、その他の障害物。

遅いフェージング

  • 自由空間条件(または)LOSでは、RF信号伝搬定数は2つと見なされます。 r = 2。 これは、静的無線システムに適用されます。
  • モバイル環境では、これらのバリエーションはかなりのものであり、通常「r」は3から4と見なされます。

レイリーフェージング

基地局とモバイル間のモバイル環境での直接の見通し線は保証されず、受信機で受信される信号は、異なるパス(マルチパス)を介して到達する信号の数の合計です。 RF波のマルチパス伝搬は、丘、建物、トラック、または航空機などからのRFエネルギーの反射によるものです。反射エネルギーも相変化します。

ダイレクトパス信号と位相が180ずれている場合、それらは互いに打ち消し合う傾向があります。 そのため、マルチパス信号は信号強度を低下させる傾向があります。 送信機と受信機の位置および経路長に沿ったさまざまな反射障害物に応じて、信号は変動します。 変動は高速に発生し、「レイリーフェージング」として知られています。

さらに、マルチパス伝搬は「パルスの広がり」と「シンボル間干渉」につながります。

ドップラー効果

加入者の機動性により、受信したRF信号の周波数に変化が生じます。 セルラーモバイルシステムは、次の手法を使用してこれらの問題に対処します。

  • チャンネルコーディング
  • インターリーブ
  • イコライゼーション
  • レーキレシーバー
  • 低速ホッピング
  • アンテナの多様性

同一チャネル干渉とセル分離

セル半径「R」および同一チャネル距離「D」およびクラスターサイズ「N」を有するセルラーシステムを想定します。 セルサイズが固定されているため、同一チャネル干渉は電力に依存しません。

'__ Co-chl干渉は、「q」= D/Rの関数です。

Q = Co-chl干渉低減係数。

「q」の値が大きいほど、干渉が少なくなります。

「q」の値が小さいほど、干渉が大きくなります。

「q」は、q = 3Nであるため、クラスターサイズ(N)にも関連しています。

q = 3N = D/R '__

Nの異なる値の場合、qは-

N = 1 3 4 7 9 12
Q = 1.73 3 3.46 4.58 5.20 6.00

「q」のより高い値

  • 同一チャネル干渉を削減し、
  • より多くの「N」個のセル/クラスターの高い値につながり、
  • 少ないチャンネル/セル、
  • 少ないトラフィック処理能力。

「q」の低い値

  • 同一チャネル干渉を増加させ、
  • 値が「n」個少ないセル/クラスターになり、
  • より多くのチャネル/セル、
  • より多くのトラフィック処理能力。

通常、N = 4、7、12。

C/I計算と「q」

「q」の値もC/Iに依存します。 「C」は目的の送信機から受信したキャリア電力、「I」はすべての干渉セルから受信した同一チャネル干渉です。 7セル再利用パターンの場合、同一チャネル干渉セルの数は6でなければならない。

I = [.intsuma]# m2b ∑ Mz1 #私は〜m〜

信号の損失は(距離)-rに比例します

R –伝播定数。

*cαR-r*

R =セルの半径。

*Iα6 D-r*

D =同一チャネル分離距離

C/I = R – r/6D –r = 1/6×Dr/Rr = 1/6(D/R)r

q = D/Rおよびq r = 6 C/Iなので、C/I = 1/6 q r

Q = [6×C/I] 1/r

許容可能な音声品質に基づいて、C/Iの値は18 dBに等しいことが判明しています。

仮定すると、

  • 7セルの再利用パターン
  • 無指向性アンテナ

「q」の値は通常、約4.6です。

値rは3として取得されます。

これは、干渉セルからモバイルユニットまでの距離がすべてのケースで一様に「D」に等しいことを考慮すると、理想的な条件です。 しかし、実際にはモバイルが移動し、距離「D」がセルの境界に達すると「D-R」に減少し、C/Iは14.47 dBに低下します。

したがって、7の「freq」再利用パターンは、無指向性アンテナでC/I基準を満たしていません。

N = 9(または)12の場合

N = 9q = 5.2C/I = 19.78 dB

N = 12q = 6.0C/I = 22.54 dB

したがって、9個または12個のセルパターンのいずれかを無指向性アンテナで使用することになりますが、トラフィック処理能力は低下します。 したがって、これらは優先されません。

N = 7(またはそれ以下)を使用するために、すべてのセルサイトで指向性アンテナが使用されます。 3つのセクターを持つセルは非常に人気があり、下図のようになります。

3つのセクター

アンテナのフォント–バックカップリング現象により、潜在的な干渉源の数が減ります。

たとえば、N = 7の場合。

全方向性アンテナの場合、干渉セルの数は6個でなければなりません。 指向性アンテナと3つのセクターでは、同じ数が2つに削減されます。 N = 7および3セクターの場合、C/Iは最悪の状況でも14.47 dBから24.5 dBに改善されます。 その後、C/Iは18dBの要件を満たします。 N = 7および6セクターの場合、C/Iは29 dBに向上します。

アーバンアプリケーションでは、N = 4であり、3セクターセルが使用されるため、セルあたりのキャリア数はN = 7より多くなります。 また、最悪の場合、C/Iは20 dBになります。

*DAMPS* 7/21セルパターンを使用
*GSM* 4/21セルパターンを使用

セクター化の利点

  • 同一チャネル干渉を減らす
  • システム容量を増やす

セクター化の欠点

  • 基地局の多数のアンテナ。
  • セクター/セルの数が増えると、トランキングの効率が低下します
  • セクター化は、特定のチャネルグループのカバレッジエリアを縮小します。
  • 「ハンドオフ」の数が増加します。

渡す

モバイルユニットがパスに沿って移動すると、異なるセルを通過します。 f =異なる周波数に関連付けられた異なるセルに入るたびに、他の基地局がモバイルの制御を引き継ぎます。 これは「ハンドオフ」として知られています。

ハンドオフはに基づいて決定されます-

  • しきい値を下回っている場合、受信信号強度情報。
  • 搬送波対干渉比は18 dB未満です。

隣接チャネル干渉

特定のセル/セクターは、多数のRFチャネルを使用します。 近くの周波数が通過帯域に漏れる可能性のある不完全な受信機フィルターのため、隣接チャネル干渉が発生します。

特定のセル内の各RFチャネル間の周波数間隔をできるだけ大きく保つことで、この問題を軽減できます。 再利用係数が小さい場合、この分離では不十分な場合があります。

6チャンネル以上離れているRF周波数を選択することによるチャンネル分離は、隣接チャンネル干渉を制限内に保つのに十分です。

たとえば、4/12パターンに従うGSMでは、N = 4

セクター= 3/セル

セルレイアウト

IAはRF Carrを使用します。 1、13、25、………..

IBはRF Carr 5、17、29を使用します、…………

ICはRF Carrを使用します。 9、21、33、……….. 等々。

トランキング

セルラー無線は、限られた無線スペクトルで多数のユーザーに対応するためにトランキングに依存しています。 各ユーザーには、必要に応じて/コールごとにチャネルが割り当てられ、セルの終了時に、チャネルはRFチャネルの共通プールに戻されます。

サービスのグレード(GOS)

トランキングのため、すべてのRFチャネルが使用されている場合、コールがブロックされる可能性があります。 これは「Grade of Service」「GOS」と呼ばれます。

携帯電話の設計者は、GOSを満たすために必要な最大容量を見積もり、適切な数のRFチャネルを割り当てます。 これらの計算には、「ERLANG B」テーブルが使用されます。

セル分割

スタートアップセル(初期設計)でユーザー数が飽和状態になり、使用可能なスペア周波数がなくなると、通常は4つの小さなセルにスタートアップセルが分割され、トラフィックが4つ以上のサブスクライバーによって増加します提供することができます。

「n」分割後、トラフィックは-

T2 = T0×42

電力が削減されます-

P2 = P0 – n×12 db

したがって、セル分割により容量が改善され、送信電力が低下します。

セルラーコンセプト-GSMアーキテクチャ

GSMネットワークは4つの主要なシステムに分かれています-

  • スイッチングシステム(SS)
  • 基地局システム(BSS)
  • モバイルステーション(MS)
  • 運用保守センター(OMC)

ネットワークおよびスイッチングシステム(NSS)とも呼ばれるスイッチングシステムは、呼処理および加入者関連の機能を実行します。 スイッチングシステムには、次の機能ユニットが含まれています-

  • モバイル交換センター
  • ホームロケーションレジスタ
  • ビジターロケーション登録
  • 機器識別登録
  • 認証センター

モバイル交換センター

モバイルスイッチングセンター(MSC)は、割り当てられたBSSによって制御される地理的領域にあるすべてのモバイルステーションに対して、すべてのスイッチング機能を実行します。 また、PSTN、他のMSC、および他のシステムエンティティとインターフェイスします。

MSCの機能

  • ロケーション登録、加入者と機器の認証、ハンドオーバーおよびプリペイドサービスを考慮した、加入者のモバイル性に対応するコール処理。
  • 通話中に必要な論理無線リンクチャネルの管理。
  • MSC-BSSシグナリングプロトコルの管理。
  • ロケーション登録を処理し、モバイルステーションとVLR間のインターワーキングを保証します。
  • BSS間およびMSC間ハンドオーバーを制御します。
  • HLRに問い合わせるためのゲートウェイMSCとして機能します。 PSTN/ISDNネットワークに接続されているMSCは、GMSCと呼ばれます。 これは、HLRに接続されたネットワーク内の唯一のMSCです。
  • 充電のようなスイッチの標準機能。

ホームロケーションレジスタ(HLR)

ホームロケーションレジスタに含まれるもの-

  • International Mobile Sub Identity(IMSI)と呼ばれるモバイル加入者のID。
  • モバイルステーションのISDNディレクトリ番号。
  • サービスのサブスクリプション情報。
  • サービスの制限。
  • コールルーティングのロケーション情報。

GSMネットワークごとに1つのHLRをお勧めします。これは分散データベースでもかまいません。 HLRの永続データは、マンマシンインターフェイスによって変更されます。 位置情報などの一時データは、HLRで動的に変更されます。

ビジターロケーションレジスター(VLR)

VLRは常にMSCと統合されています。 モバイルステーションが新しいMSCエリアにローミングすると、そのMSCに接続されているVLRは、モバイルステーションに関するデータをHLRに要求します。 後で、移動局が電話をかける場合、VLRは毎回HLRに問い合わせる必要なしに、電話のセットアップに必要な情報を持っています。 VLRには次のような情報が含まれています-

  • モバイルサブのアイデンティティ、
  • 一時的なモバイルサブID、
  • モバイルのISDN電話番号、
  • ローミングステーションにコールをルーティングするための電話番号、
  • 現在MSCサービスエリアにあるモバイルのHLRのデータの一部。

機器識別登録

機器識別登録は、IMEI(International Mobile Equipment Identity)と呼ばれる移動局機器のIDで構成され、有効、疑わしい、禁止されている場合があります。 移動局がシステムにアクセスすると、サービスを提供する前に機器の検証手順が呼び出されます。

この情報は、3つのリストの形式で入手できます。

  • ホワイトリスト-端末はネットワークに接続できます。
  • グレーリスト-考えられる問題について、端末はネットワークから監視中です。
  • ブラックリスト-盗難と報告された端末は型式承認されていません。 ネットワークへの接続は許可されていません。 EIRは、特定のIMEIが含まれているリストについてVLRに通知します。

認証センター

HLRに関連付けられています。 各モバイルサブスクライバーの認証キー(Ki)と呼ばれるIDキーを格納します。 このキーは、認証トリプレットを生成するために使用されます。

  • RAND(ランダム番号)、
  • SRES(署名付き応答)-IMSIを認証するには、
  • Kc(暗号キー)-MSとネットワーク間の無線パスを介した通信を暗号化します。

運用保守センター(OMC)

それは、ネットワーク事業者が次の機能を実行することによりシステムを監視および制御できる機能エンティティです-

  • ソフトウェアのインストール
  • 交通管理
  • パフォーマンスデータ分析
  • 加入者と機器のトレース
  • 構成管理
  • 加入者管理
  • モバイル機器の管理
  • 課金と請求の管理

基地局システム(BSS)

BSSはMSとNSSを接続します。 それは以下で構成されています-

  • ベーストランシーバーステーション(BTS)はベースステーションとも呼ばれます。
  • 基地局コントローラー(BSC)。

BTSとBSCは、標準化されたAbisインターフェイスを介して通信します。 BTSはBSCによって制御され、1つのBSCはその制御下で多くのBTSを持つことができます。

ベーストランシーバーステーション(BTS)

BTSは無線トランシーバを収容し、モバイルステーションで無線リンクプロトコルを処理します。 各BTSは、アンテナ、シグナルプロセッサなどを含む無線送受信デバイスで構成されます。 各BTSは1〜16のRFキャリアをサポートできます。 BTSを区別するパラメーターは、電力レベル、アンテナの高さ、アンテナの種類、およびキャリア数です。

BTSの機能

  • 時間と周波数の同期を担当します。
  • チャネルのコーディング、暗号化、多重化、およびトランス方向の変調と受信の逆方向のプロセスが実行されます。
  • BTS(タイミングアドバンス)からの距離に応じて、モバイルからの送信を事前に手配する必要があります。
  • モバイルからのランダムアクセス要求を検出し、電力制御とハンドオーバーのために無線チャネルを測定および監視する必要があります。

基地局コントローラー

BSCは、BTSの1つまたはグループの無線リソースを管理します。 無線チャネルのセットアップ、周波数ホッピング、ハンドオーバー、およびRF電力レベルの制御を処理します。 BSCは、BTSによってブロードキャストされる時間と周波数の同期基準信号を提供します。 モバイルステーションとMSC間の接続を確立します。 BSCは、インターフェイスを介してMSC、BTS、およびOMCに接続されます。

モバイルステーション

無線加入者が使用する端末機器を指します。 それはで構成されています-

  • SIM-サブスクライバーIDモジュール
  • モバイル機器

SIMは取り外し可能で、適切なSIMを使用すると、さまざまなモバイル機器を使用してネットワークにアクセスできます。

機器のIDは加入者にリンクされていません。 機器はIMEIとEIRで個別に検証されます。 SIMには、マイクロプロセッサ、ランダムアクセスメモリ(RAM)、読み取り専用メモリ(ROM)を備えた集積回路チップが含まれています。 SIMは有効である必要があり、ネットワークへのアクセス中にMSの有効性を認証する必要があります。

SIMは、IMSI、セルロケーションIDなどの加入者関連情報も保存します。

モバイルステーションの機能

  • 無線送受信
  • 無線チャネル管理
  • 音声のエンコード/デコード
  • 無線リンクエラー保護
  • データのフロー制御
  • 無線リンクへのユーザーデータのレート調整
  • モビリティ管理

最大6つの周囲のBTSまでのパフォーマンス測定とBSSへのレポートにより、MSはコールダイヤルとステータス情報の表示に使用される液晶ディスプレイ(LCD)に短い受信英数字メッセージを保存および表示できます。

欧州のGSMシステムで指定されている携帯電話ユニットには、20W、8W、5W、2W、0.8Wの5つの異なるカテゴリがあります。 これらは、43 dBm、39 dBm、37 dBm、33 dBm、および29 dBmの電力レベルに対応しています。 20 Wおよび8 Wユニット(ピーク電力)は、車載またはポータブルステーション用です。 MS電力は、公称値から20mW(13 dBm)まで2 dBステップで調整可能です。 これは、BTSからのリモート制御下で自動的に行われます。

トランスコーダー

トランスコーダは、MSC側をモバイル側に接続するために挿入されるネットワークエンティティです。 PSTN側の音声コーディングレートは64Kbpsであり、GSM over the airでは、音声は13Kbpsとしてコーディングされます。 エアインターフェイス上のデータレートを減らし、地上リンクの負荷を減らすため(4:1)、トランスコーダーは適切な場所に導入されます。そのほとんどがMSCです。

トランスコーダは、13 Kbpsの音声または3.6/6/12 Kbpsのデータ多重化と4つの標準的な64 Kbpsデータへの変換を行うデバイスです。 最初に、13 Kbpsまたは3.6/6/12 Kbpsのデータは、追加の同期データを挿入して16 Kbpsのレベルに引き上げられ、13 Kbpsの音声データまたは低レートのデータと4つのデータとの差を埋めます。トランスポンダーで組み合わせて、BSS内で64 Kbpsチャネルを提供します。 その後、4つのトラフィックチャネルを1つの64 Kpbs回線に多重化できます。 したがって、TRAU出力データレートは64 Kbpsです。

その後、CEPT1チャネルがA-bisインターフェイスで提供される場合、最大30個のこのような64 Kpbsチャネルが2.048 Mbpsに多重化されます。 このチャネルは、最大120(16x 120)のトラフィックおよび制御信号を伝送できます。 PSTNへのデータレートは通常2 Mbpsであるため、これは30 x 64 Kbpsチャネルまたは120 Kbps x 16 Kpbsチャネルを組み合わせた結果です。

その他のネットワーク要素

他のネットワーク要素には、SMSサービスセンター、ボイスメールボックス、SMSフローなどのコンポーネントが含まれます。

SMSサービスセンター

これは、モバイルサブスクライバーにショートメッセージサービス(SMS)を提供するインターワーキング機能を備えたMSCとインターフェイスします。 SMSは、ファックス機、インターネット上のPC、または別のMSに送信できます。 受信者MSの場所は、MSCによって照会され、配信されます。

ボイスメールボックス

モバイル加入者が、ビジー/サービスエリア外のため着信コールに応答する位置にない場合、コールは、加入者によってすでにアクティブにされているメールボックスに転送されます。 このため、MSCとは別の接続が確立されています。 サブスクライバーはSMSを介して後で通知され、メッセージを取得できます。

SMSフロー

  • ユーザーがSMSを送信すると、MSCを介してリクエストが送信されます。
  • MSCはSMSをSMSCに転送し、そこで保存します。
  • SMSCは、HLRに照会して宛先モバイルがどこにあるかを見つけ、宛先モバイルが使用可能な場合はメッセージを宛先MSCに転送します。
  • モバイルが利用できない場合、メッセージは現在のSMSC自体に保存されます。 ほとんどのインストールでは、SMS配信にモバイルが利用できない場合、SMSCは再試行しません。 代わりに、宛先MSCは、モバイルが範囲内に戻ったときにSMSCに通知します。 SMSの処理は、USSDとは異なり、ストアアンドフォワード操作です。
  • SMSには、送信先のモバイルが利用可能になるのを待つ有効期間があります。 その後、SMSCはメッセージを削除します。 有効期間はユーザーが設定できます。 通常の有効期間は1日です。

セルラーコンセプト-GSM無線リンク

BTSとMSは無線リンクを介して接続され、このエアインターフェイスはUmと呼ばれます。 電波は減衰、反射、ドップラーシフト、および他の送信機からの干渉を受けます。 これらの影響により、信号強度と歪みが失われ、音声またはデータの品質に影響を与えます。 厳しい条件に対処するために、GSMは効率的で保護された信号処理を利用しています。 適切なセルラー設計により、エリア内で十分な無線カバレッジが提供されるようにする必要があります。

モバイルの信号強度の変動は、信号強度のフェージングの種類が異なるためです。 信号強度には2つのタイプがあります。

  • 巨視的変動-BTSとMSの間の地形の輪郭による。 フェーディング効果は、電波のシャドーイングと回折(曲げ)によって引き起こされます。
  • 微視的変動-マルチパス、短期またはレイリーフェージングによる。 MSが移動すると、さまざまなパスからの電波が受信されます。

レイリーフェージング

レイリーフェージングまたは巨視的変動は、モバイルと基地局間の経路損失を構成する2つのコンポーネントの追加としてモデル化できます。 最初のコンポーネントは、ベースとモバイル間の距離(R)が増加するにつれて信号強度に損失を追加する決定論的コンポーネント(L)です。 このコンポーネントは次のように書くことができます-

L = 1/R ^ n ^

nは通常4です。 もう1つの巨視的なコンポーネントは、地形の変動や無線経路の他の障害物によって引き起こされるシャドウフェーディングの影響を考慮した対数正規ランダム変数です。 経路損失の局所平均値=確定的成分+対数正規確率変数。

微視的な変動またはレイリーフェージングは​​、モバイルとベース間の距離に比べてモバイルが短距離を移動するときに発生します。 これらの短期的な変動は、丘、建物、または交通などのモバイルユニットの近くでの信号散乱によって引き起こされます。 これは、送信機と受信機の間でたどられる多くの異なる経路につながります(マルチパス伝搬)。 反射波は位相と振幅の両方で変化します。 反射波の位相がダイレクトパス信号と180度ずれている場合、信号は事実上消失する可能性があります。 複数の受信信号間の部分的な位相のずれの関係により、受信信号強度の減少が小さくなります。

レイリーフェージングの影響

反射とマルチパスの伝播は、正と負の効果を引き起こす可能性があります。

送信/受信プロセス

デジタル無線リンクを介した情報の送受信、コーディング、および変調には、2つの主要なプロセスが関係しています。

レイリーフェージングの効果

カバレッジ拡張

マルチパス伝搬により、無線信号は丘や建物の後ろからトンネルに到達できます。 *建設的および破壊的干渉*マルチパスを介して受信した信号は、互いに加算または破壊される場合があります。

コーディング

コーディングとは、基本的なデータ信号を準備し、それらを保護し、無線リンクが処理できる形式にするための情報処理です。 通常、コーディングプロセスには論理排他的OR(EXOR)が含まれます。 コーディングはに含まれています-

  • 音声コーディングまたはトランスコーディング
  • チャネルコーディングまたは前方誤り訂正コーディング
  • インターリーブ
  • 暗号化

バーストフォーマット

人間の音声は300Hz〜3400Hzの帯域に制限されており、アナログシステムで周波数変調を受けます。 デジタル固定PSTNシステムでは、帯域制限された音声が8KHzのレートでサンプリングされ、サンプリングされたそれぞれが64ビット(PCM A-Law of encoding)につながる8ビットにエンコードされます。 デジタルセルラー無線は、PSTNシステムに使用される高ビットレートを処理できません。 ビットレートを削減するために、信号解析と処理のスマートな手法が開発されました。

スピーチのプロパティ

人間の音声は基本音(音素)で区別できます。 言語に応じて、30〜50の異なる音素があります。 人間の声は1秒あたり最大10個の音素を生成できるため、音声を転送するには約60ビット/秒が必要です。 ただし、個々の機能とイントネーションはすべて消えます。 個々の機能を保持するために、送信される情報の実際の量は何倍も高くなりますが、PCMに使用される64 Kbit/sの一部です。

音声の人間の器官の音素生成メカニズムに基づいて、簡単な音声生成モデルを作成できます。 10〜30ミリ秒の短い時間間隔の間、ピッチ周期、有声/無声、増幅ゲイン、およびフィルターパラメーターなどのモデルパラメーターは、定常(準定常)のままです。 このようなモデルの利点は、線形予測によるパラメーターの簡単な決定です。

音声コーディング技術

音声コーディング技術には3つのクラスがあります

  • 波形コーディング-音声は波形コーディングで可能な限り良好に送信されます。 PCMは、波形コーディングの例です。 ビットレートの範囲は24〜64kbpsで、音声の品質は良好であり、話者は簡単に認識できます。
  • パラメータのコーディング-非常に限られた量の情報のみが送信されます。 音声生成モデルに従って構築されたデコーダーは、受信機で音声を再生成します。 音声伝送には1〜3kbpsのみが必要です。 再生された音声はわかりやすいですが、ノイズに悩まされ、多くの場合、話者を認識できません。
  • ハイブリッドコーディング-ハイブリッドコーディングは、波形コーディングとパラメータコーディングを組み合わせたものです。 両方の手法の長所を組み合わせ、GSMはRPE-LTP(レギュラーパルス励起長期予測)と呼ばれるハイブリッドコーディング手法を使用して、音声チャネルあたり13Kbpsを実現します。

GSMの音声コーディング(トランスコーディング)

標準のA-lawからサンプルごとに8ビットを量子化した64 kbits/s PCMは、サンプルストリームあたり104 kbits/sのビットレートに対応する線形に量子化された13ビットにトランスコードされました。 104kbits/sストリームはRPE-LTPスピーチエンコーダーに送られ、160サンプルのブロック内の13ビットサンプル(20msごと)を取得します。 RPE-LTPエンコーダーは20ミリ秒ごとに260ビットを生成するため、ビットレートは13 kbits/sになります。 これにより、モバイルテレフォニーに適した音声品質が提供され、有線PSTN電話に匹敵します。 GSM 13Kbpsでは、音声コーディングはフルレートコーダーと呼ばれます。 また、容量を強化するためにハーフレートコーダー(6.5Kbps)も利用できます。

チャネルコーディング/畳み込みコーディング

GSMのチャネルコーディングは、チャネルコーディングへの入力として音声コーディングの260ビットを使用し、456エンコードビットを出力します。 RPE-LTP音声コーダーによって生成される260ビットのうち、182は重要なビットとして、78は重要でないビットとして分類されます。 ここでも、182ビットが50の最も重要なビットに分割され、53ビットにブロックコーディングされ、132ビットと4テールビットが追加され、合計189ビットになり、1:2の畳み込みコーディングが行われ、189ビットが378ビットに変換されます これらの378ビットに重要でない78ビットが追加され、456ビットになります。

チャネルコーディング畳み込みコーディング

インターリーブ-最初のレベル

チャネルコーダーは、20msの音声ごとに456ビットを提供します。 これらはインターリーブされ、下図に示すように、それぞれ57ビットの8つのブロックを形成します。

ファーストレベルインターリービング

57ビットのブロックへの通常のバーストでは対応でき、1つのバーストが失われた場合、20ミリ秒全体で25%のBERがあります。

インターリーブ-第2レベル

可能なBERをさらに12.5%に減らすために、第2レベルのインターリーブが導入されました。 1つのバースト内で同じ20ミリ秒の音声から57ビットの2つのブロックを送信する代わりに、1つの20ミリ秒からのブロックと20ミリ秒の次のサンプルからのブロックが一緒に送信されます。 MSが次の20msの音声を待つ必要がある場合、システムに遅延が発生します。 ただし、損失は各20ms音声フレームの合計ビットの12.5%に過ぎないため、システムは8つのうちバースト全体を失う余裕があります。 12.5%は、チャネルデコーダーが修正できる最大損失レベルです。

第1レベルのインターリービング

暗号化/暗号化

暗号化の目的は、受信者以外のデバイスによって解釈されないようにバーストをエンコードすることです。 GSMの暗号化アルゴリズムは、A5アルゴリズムと呼ばれます。 バーストにビットを追加しません。つまり、暗号化プロセスへの入力と出力は入力と同じで、20ミリ秒あたり456ビットです。 暗号化の詳細は、GSMの特別な機能で利用できます。

多重化(バーストフォーマット)

モバイル/BTSからのすべての送信には、基本データとともにいくつかの追加情報が含まれている必要があります。 GSMでは、20msのブロックごとに合計136ビットが追加され、全体の合計は592ビットになります。 33ビットのガード期間も追加され、20ミリ秒あたり625ビットになります。

変調

変調とは、信号を物理的に準備し、RFキャリアで情報を転送できるようにする処理です。 GSMは、ガウス最小シフトキーイング手法(GMSK)を使用します。 キャリア周波数は+/- B/4だけシフトされます。ここで、B =ビットレートです。 ただし、ガウスフィルターを使用すると、帯域幅は0.5ではなく0.3に減少します。

GSMの特別な機能

以下にリストされているのは、次のセクションで説明するGSMの特別な機能です-

  • 認証
  • 暗号化
  • タイムスロットスタガリング
  • タイミングアドバンス
  • 不連続送信
  • パワーコントロール
  • 養子イコライゼーション
  • 低速ホッピング

認証

エアインターフェイスは不正アクセスに対して脆弱であるため、サービスを加入者に拡張する前に認証を使用する必要があります。 認証は、次の概念に基づいて構築されています。

  • 認証キー(Ki)は、SIMカードと認証センターの2つの場所にのみ存在します。
  • 認証キー(Ki)は無線で送信されることはありません。 権限のない個人がこのキーを取得して、特定のモバイル加入者になりすますことは事実上不可能です。

認証パラメータ

MSは、3つのパラメータを使用するプロセスでVLRによって認証されています-

  • 完全に乱数であるRAND。
  • 認証署名付き応答であるSRES。 認証アルゴリズム(A3)をRANDとKiに適用することで生成されます。
  • 暗号鍵であるKc。 暗号鍵生成アルゴリズム(A8)をRANDおよびKiに適用することにより生成されるKcパラメーター。

これらのパラメーター(認証トリプレットと呼ばれる)は、加入者が属するHLRの要求でAUCによって生成されます。 アルゴリズムA3およびA8は、PLMNオペレーターによって定義され、SIMによって実行されます。

GSM認証

認証フェーズの手順

  • 新しいVLRは、指定されたIMSIで利用可能な「認証トリプレット」(RAND、SRES、およびKc)を要求する要求をHLR/AUC(認証センター)に送信します。
  • IMSIを使用するAUCは、加入者認証キー(Ki)を抽出します。次に、AUCは乱数(RAND)を生成し、認証アルゴリズム(A3)と暗号鍵、生成アルゴリズム(A8)の両方にKiとRANDを適用します。認証署名付き応答(SRES)および暗号鍵(Kc)を生成します。 次に、AUCは、新しいトリプレットであるRAND、SRES、およびKcを新しいVLRに返します。
  • MSC/VLRは、後で使用するために2つのパラメーターKcとSRESを保持し、MSにメッセージを送信します。 MSはSIMから認証キー(Ki)を読み取り、受信した乱数(RAND)とKiを認証アルゴリズム(A3)と暗号鍵生成アルゴリズム(A8)の両方に適用して、認証署名応答(SRES)と暗号を生成しますキー(Kc)。 MSは後で使用するためにKcを保存し、チャネルを暗号化するコマンドを受信するときにKcを使用します。
  • MSは、生成されたSRESをMSC/VLRに返します。 VLRは、MSから返されたSRESと、AUCから以前に受信した予想SRESを比較します。 等しい場合、モバイルは認証に合格します。 等しくない場合、すべてのシグナリングアクティビティが中止されます。 このシナリオでは、認証に合格したと想定します。

GSM認証フロー

暗号化/暗号化

データは、114ビットのプレーンテキストデータバーストを取得し、114ビット暗号ブロックでEXOR(排他的OR)論理関数操作を実行することにより、トランスミッタ側で114ビットのブロックで暗号化されます。

受信側の復号化機能は、114ビットの暗号化されたデータブロックを取得し、送信側で使用された同じ114ビット暗号ブロックを使用して同じ「排他的OR」操作を実行することによって実行されます。

GSM暗号化

特定の伝送方向の伝送パスの両端で使用される暗号ブロックは、A5と呼ばれる暗号化アルゴリズムによってBSSとMSで生成されます。 A5アルゴリズムは、コールセットアップ中の認証プロセス中に生成される64ビット暗号キー(Kc)と、0〜2715647の10進数値を取り、3.48時間の繰り返し時間を持つ22ビットTDMAフレーム番号(COUNT)を使用します。 (ハイパーフレーム間隔)。A5アルゴリズムは、実際には各TDMA期間中に2つの暗号ブロックを生成します。 アップリンクパスの1つのパスとダウンリンクパスのもう1つのパス。

タイムスロットスタガリング

タイムスロットスタガリングは、ダウンリンクのタイムスロット編成からアップリンクのタイムスロット編成を導出する原理です。 アップリンクの特定のタイムスロットは、ダウンリンクのタイムスロット番号を3シフトすることでダウンリンクから導出されます。

理由

3つのタイムスロットをシフトすることにより、モバイルステーションは「送信と受信」プロセスを同時に回避します。 これにより、モバイルステーションの実装が容易になります。移動局の受信機を同じ移動局の送信機から保護する必要はありません。 通常、モバイルステーションは1つのタイムスロットで受信し、GSM-900の場合は45 MHz、GSM-1800の場合は95 MHz周波数をシフトして、後で送信します。 これは、ダウンリンクとアップリンクにそれぞれ1つのタイムベースがあることを意味します。

タイミングアドバンス

タイミングアドバンスは、伝播遅延を補正するために、バーストをBTSに早期に送信するプロセス(タイミングアドバンス)です。

なぜ必要なのですか?

無線パスで使用される時分割多重化スキームのために必要です。 BTSは、互いに非常に近い異なる移動局から信号を受信します。 ただし、移動局がBTSから遠く離れている場合、BTSは伝搬遅延を処理する必要があります。 BTSで受信したバーストがタイムスロットに正しく収まることが重要です。 そうしないと、隣接するタイムスロットを使用するモバイルステーションからのバーストが重複する可能性があり、その結果、伝送が低下したり、通信が失われたりする可能性があります。

接続が確立されると、BTSは自身のバーストスケジュールとモバイルステーションバーストの受信スケジュールの間の時間オフセットを継続的に測定します。 これらの測定に基づいて、BTSはSACCHを介して必要なタイミングアドバンスを移動局に提供できます。 タイミングアドバンスは、ハンドオーバプロセスでも使用される距離測定から導出されることに注意してください。 BTSは、知覚されたタイミングアドバンスに従ってタイミングアドバンスパラメータを各移動局に送信する。 その後、各移動局はタイミングを進め、その結果、異なる移動局からの信号がBTSに到着し、伝搬遅延が補償されます。

タイムアドバンスプロセス

  • 6ビットの数値は、MSが送信を進める必要があるビット数を示します。 今回はTAです。
  • アクセスバーストの68.25ビット長のGP(ガード期間)は、送信時間を進めるために必要な柔軟性を提供します。
  • タイムアドバンスTAは、0〜233マイクロ秒の遅延に対応する0〜63ビット長の値を持つことができます。 たとえば、BTSから10 km離れたMSは、往復遅延を補償するために66マイクロ秒早く送信を開始する必要があります。
  • 35Kmの最大移動範囲は、信号強度ではなく、タイミングアドバンス値によって決定されます。

Umts-cellular-concepts-mobility-management

セルラーコンセプト-GPRSアーキテクチャ

次の新しいGPRSネットワークは、既存のGSMネットワークに次の要素を追加します。

  • パケット制御ユニット(PCU)。
  • サービングGPRSサポートノード(SGSN)-GPRSネットワークのMSC。
  • ゲートウェイGPRSサポートノード(GGSN)-外部ネットワークへのゲートウェイ。
  • Border Gateway(BG)-他のPLMNへのゲートウェイ。
  • Intra-PLMNバックボーン-すべてのGPRS要素を相互接続するIPベースのネットワーク。

一般パケット無線サービス(GPRS)

  • GPRSは、モバイル加入者へのパケットデータ送信を導入します。
  • GPRSは、追加のパケットスイッチングノードを備えた既存のGSMインフラストラクチャ内で動作するように設計されています。
  • このパケットモードテクニックは、マルチスロットテクノロジーとすべてのコーディングスキーム(CS-1〜CS-4)のサポートを使用して、データレートを最大160 kbit/sに高めます。
  • GPRSシステムは、GSMに定義されている物理無線チャネルを使用します。 GPRSが使用する物理チャネルは、パケットデータチャネル(PDCH)と呼ばれます。
  • PDCHは、GPRSに割り当てる(専用PDCH)か、回線交換接続で必要とされない場合にのみGPRSで使用できます(オンデマンド)。 オペレーターは、セルごとに0〜8個の専用PDCHを定義できます。 オペレーターは、PDCHを配置する場所を指定できます。
  • セル内の最初の専用PDCHは常にマスターPDCH(MPDCH)です。 オンデマンドPDCHは、セル内の輻輳状況で着信回線交換コールによってプリエンプトされる可能性があります。
Coding Scheme Speed(kbit/s)
CS-1 8.0
CS-2 12.0
CS-3 14.4
CS-4 20.0

GPRSサポートノード(SGSN)機能の提供

GPRSネットワークのSGSNまたはServing GPRS Support Node要素は、システム全体のIP要素に焦点を当てた多くのテイクを提供します。 それは携帯電話にさまざまなサービスを提供します-

  • パケットのルーティングと転送
  • モビリティ管理
  • 認証
  • 取り付け/取り外し
  • 論理リンク管理
  • 充電データ

SGSN内にはロケーションレジスタがあり、ロケーション情報(現在のセル、現在のVLRなど)が保存されます。 また、特定のSGSNに登録されているすべてのGPRSユーザーのユーザープロファイル(IMSI、使用されるパケットアドレスなど)も保存します。

ゲートウェイGPRSサポートノード(GGSN)機能

  • GGSN、ゲートウェイGPRSサポートノードは、GSM EDGEネットワークアーキテクチャ内で最も重要なエンティティの1つです。
  • GGSNは、GPRS/EDGEネットワークと、モバイルが接続される可能性のある外部パケット交換ネットワークとの間の相互作用を編成します。 これらには、インターネットとX.25ネットワークの両方が含まれます。
  • GGSNは、内部ネットワークを外部に隠すため、ゲートウェイ、ルーター、ファイアウォールの組み合わせと考えることができます。 動作中、GGSNは特定のユーザー宛てのデータを受信すると、ユーザーがアクティブかどうかを確認し、データを転送します。 逆方向では、モバイルからのパケットデータは、GGSNによって適切な宛先ネットワークにルーティングされます。

GSMからGPRSへの機器のアップグレード

  • モバイルステーション(MS)-GPRSサービスにアクセスするには、新しいモバイルステーションが必要です。 これらの新しい端末は、音声通話用のGSMと下位互換性があります。 3種類のハンドセットが利用可能です。 タイプA:GPRS&スピーチ(同時)、タイプB:GPRS&スピーチ(自動スイッチ)、タイプC:GPRSまたはスピーチ(手動スイッチ)。
  • BTS -既存のベーストランシーバーサイトでソフトウェアのアップグレードが必要です。
  • BSC -ソフトウェアのアップグレードと、パケット制御ユニット(PCU)と呼ばれる新しいハードウェアのインストールが必要です。 PCUは、無線インターフェースの媒体アクセス制御(MAC)および無線リンク制御(RLC)レイヤー、およびGbインターフェースのBSSGPおよびネットワークサービスレイヤーの処理を担当します。 BSCごとに1つのPCUがあります。 Gbインターフェースは、GPSN/EGPRSトラフィックをSGSN(Serving GPRS Support Node)からPCUに伝送します。
  • * GPRSサポートノード(GSN)*-GPRSの展開には、サービングGPRSサポートノード(SGSN)およびゲートウェイGPRSサポートノード(GGSN)と呼ばれる新しいコアネットワーク要素のインストールが必要です。
  • データベース(HLR、VLRなど)-ネットワークに関連するすべてのデータベースでは、GPRSによって導入された新しい通話モデルと機能を処理するためにソフトウェアのアップグレードが必要になります。

ロケーション情報-GSMサービスエリア階層

  • セル-セルは基本的なサービスエリアであり、1つのBTSが1つのセルをカバーします。 各セルには、セルを一意に識別する番号であるセルグローバルアイデンティティ(CGI)が与えられます。
  • LA -セルのグループがロケーションエリアを形成します。 これは、加入者が着信コールを受けたときにページングされる領域です。 各ロケーションエリアには、ロケーションエリアアイデンティティ(LAI)が割り当てられます。 各ロケーションエリアには、1つ以上のBSCが対応しています。
  • * MSC/VLRサービスエリア*-1つのMSCがカバーするエリアは、MSC/VLRサービスエリアと呼ばれます。
  • PLMN -1つのネットワークオペレータがカバーするエリアはPLMNと呼ばれます。 PLMNには1つ以上のMSCを含めることができます。
  • * GSMサービスエリア*-加入者がネットワークにアクセスできるエリア。

GSM階層

セルラーコンセプト-エッジ

グローバルエボリューションの拡張データレート(EDGE)は、無線を介してパケットを送信するためのプロトコル拡張と同様に、新しい変調技術を導入します。

新しい変調とプロトコル拡張の使用により、既存のGSM/GPRSネットワークで3Gサービスを可能にするスループットと容量が劇的に増加します。 EDGEをサポートするために、既存のコアネットワークインフラストラクチャを変更する必要はありません。 これは、EDGEがBSSの「アドオン」にすぎないという事実を強調しています。

EDGEには、9つのModulation and Coding Schemes(MCS)が導入され(MCS1からMCS9)、さまざまな無線環境に最適化されています。 4つのEDGEコーディングスキームがGMSKを使用しており、5つが8 PSK変調を使用しています。

EDGEへのアップグレード

  • モバイルステーション(MS)-MSはEDGE対応である必要があります。
  • BTS -提供されるハードウェアはエッジ対応です。
  • BSC -EDGEタイムスロットの定義は、BSCで行う必要があります。
  • * GPRSサポートノード(GSN)*-GSNでエッジの定義を定義する必要があります。
  • データベース(HLR、VLRなど)-定義は不要です。

EDGEの利点

  • 短期的なメリット-容量とパフォーマンス、
  • GSM/GPRSネットワークでの簡単な実装、
  • 費用対効果の高い、
  • GPRSの容量を増やし、データレートを3倍にします。
  • 新しいマルチメディアサービスを有効にし、
  • 長期的なメリット-WCDMAとの調和。

サブスクライバーにとってのEDGEとは

  • ストリーミングアプリケーション
  • 非常に高速なダウンロード
  • 企業イントラネット接続
  • より速いMMS
  • テレビ電話
  • 垂直的な企業アプリケーション-ビデオ会議、リモートプレゼンテーション。

UMTS-新しいネットワーク

ユニバーサルモバイルテレコミュニケーションシステム(UMTS)は、GSM標準に基づくネットワーク向けの第3世代のモバイルセルラーシステムです。 3GPP(3rd Generation Partnership Project)によって開発および保守されているUMTSは、すべてのIMT-2000電気通信標準国際連合のコンポーネントであり、競合cdmaOneテクノロジに基づくCDMA2000ネットワークの標準セットと比較されます。 UMTSは、広帯域符号分割多元接続(W-CDMA)無線アクセス技術を使用して、スペクトル効率と帯域幅のモバイルネットワークオペレーターを向上させます。

ネットワークの進化

UMTSネットワークの進化

理にかなった進化

GSMからWCDMA

*HSUPA* -高速アップリンクパケットアクセス
*HSDPA* -高速ダウンリンクパケットアクセス

3Gの背後にある主なアイデアは、既存のサービスと将来のサービスを運ぶことができるユニバーサルインフラストラクチャを準備することです。 インフラストラクチャは、既存のネットワーク構造を使用して既存のサービスに不確実性を生じさせることなく、技術の変更と進化をネットワークに適合できるように設計する必要があります。

UMTS-WCDMAテクノロジー

最初の多元接続第3世代パートナーシッププロジェクト(3GPP)広帯域符号分割ネットワーク(WCDMA)は2002年に開始されました。 2005年末には、100のWCDMAネットワークがオープンし、合計150を超えるオペレーターが周波数WCDMAの運用ライセンスを取得しました。 現在、WCDMAネットワークは、日本とアメリカ、韓国を含むヨーロッパとアジアで約2 GHzのUMTS帯域で展開されています。 WCDMAは、既存の周波数割り当ての850および1900で展開されており、新しい3Gバンド1700/2100は近い将来に利用可能になるはずです。 3GPPは、今後数年間で運用が開始されると予想されるいくつかの追加帯域のWCDMA動作を定義しています。

WCDMAモバイルの普及が進むにつれて、WCDMAネットワークは音声およびデータトラフィックの大きなシェアを運ぶことができます。 WCDMAテクノロジーは、データを許可するという点でオペレーターにいくつかの利点を提供しますが、ベースの音声も改善します。 提供される音声容量は、1の周波数再利用、高速電力制御、ソフトハンドオーバなどの干渉制御メカニズムにより非常に高くなっています。

WCDMAは、より多くの通話時間を顧客に提供できます。 一方、WCDMAは、AMRコーデックを使用してブロードバンド音声サービスを改善することもできます。これは、固定電話の固定電話よりも明らかに優れた音声品質を提供します。 要するに、WCDMAはより多くの音声分を高品質で提供できます。

高いスペクトル効率に加えて、第3世代(3G)WCDMAは、基地局の容量と機器の効率をさらに劇的に変化させます。 WCDMAの高レベルの統合は、ブロードバンドキャリアにより実現されます。多数のユーザーがキャリアによってサポートされ、同じ容量を提供するために必要な無線周波数(RF)キャリアが少なくなります。

より少ないRF部品とより多くのデジタルベースバンド処理により、WCDMAはデジタル信号処理能力の急速な進化を活用できます。 高いベースステーションの統合レベルにより、RFコンバイナ、追加アンテナ、または電源ケーブルの複雑さを回避できるため、高容量のサイトを効率的に構築できます。 WCDMA事業者は、ナビゲーション、個人間のビデオ通話、スポーツおよびビデオ、新しいモバイルTVクリップなどの有用なデータサービスを提供できます。

WCDMAにより、音声とデータの同時接続が可能になります。たとえば、音声通話中にリアルタイムで音声会議やビデオ共有を行うときに、ブラウジングや電子メールを送信できます。

事業者はまた、インターネットおよび企業イントラネットへのモバイル接続を提供し、最大ビットレートは384 kbpsダウンリンクおよび両方のアップリンクです。 最初の端末とネットワークは64〜128 kbpsのアップリンクに制限されていますが、後者の製品は384 kbpsのアップリンクを提供します。

WCDMA-3G

3Gワイヤレスサービスは、高いデータ速度、常時接続のデータアクセス、およびより大きな音声容量を提供するように設計されています。 以下にいくつかの注目すべき点を示します-

  • Mbps単位で測定される高速データ速度により、フルモーションビデオ、高速インターネットアクセス、およびビデオ会議が可能になります。
  • 3Gテクノロジー標準には、WCDMAテクノロジー(多くの場合、2つの用語は同じ意味で使用されます)に基づくUMTSと、以前のCDMA 2Gテクノロジーの派生物であるCDMA2000が含まれます。
  • UMTS標準は、GSMネットワークを使用する国で一般的に好まれています。 CDMA2000には、1xRTT、1xEV-DO、1xEV-DVなどのさまざまなタイプがあります。 彼らが提供するデータレートは144 kbpsから2 mbps以上の範囲です。

3Gネットワ​​ークのサブシステム

GSMシステムは基本的に3つの主要なサブシステムの組み合わせとして設計されています-

  • ネットワークサブシステム(NSS)-MSC/VLR、HLR、AuC、SMSC、EIR、MGW。 2Gおよび3Gネットワ​​ークの両方に共通。
  • UTRAN -RNCおよびRBS。
  • 運用および保守サポートサブシステム(OSS)。

3つの主要なインターフェースがあります。

  • IuCS -音声および回線データのRNCとMSCの間。
  • IuPS -パケットデータのRNCとSGSNの間。
  • * Uuインターフェイス*-RNCとMSの間。

UMTS-HSPA標準化

HSPAの標準化と展開のスケジュールを簡単に見てみましょう-

  • 高速ダウンリンクパケットアクセス(HSDPA)は、2002年3月に最初の仕様バージョンで3GPPリリース5の一部として標準化されました。
  • 高速アップリンクパケットアクセス(HSUPA)は、2004年12月の最初の仕様バージョンで3GPPリリース6の一部でした。
  • HSDPAとHSUPAを合わせて「高速パケットアクセス」(HSPA)と呼びます。
  • 最初の商用HSDPAネットワークは2005年末に利用可能になり、商用HSUPAネットワークは2007年に利用可能になりました。
  • 端末で使用できるHSDPAのピークデータレートは最初は1.8Mbpsで、2006年と2007年には3.6 Mbpsと7.2 Mbpsに増加し、その後10 Mbps以降は10 Mbpsに増加します。
  • 初期フェーズのHSUPAピークデータレートは1〜2 Mbpsで、第2フェーズは3〜4 Mbpsでした。

HSPA

HSPAは、同じキャリアのWCDMAネットワークを介して、または-高容量および高速ソリューションの場合は別のキャリアを使用して展開されます。上の図を参照してください。 どちらの場合でも、WCDMAおよびHSPAは、コアネットワークおよび基地局、無線ネットワークコントローラー(RNC)、サービングGPRSサポートノード(SGSN)、ゲートウェイGPRSサポートノード(GGSN)を含む無線ネットワークのすべてのネットワーク要素を共有できます。 WCDMAとHSPAは、サイトの基地局アンテナとアンテナケーブルも共有します。

アップグレードWCDMA HSPAでは、レートとより高いデータ容量をサポートするために、基地局とRNCに新しいソフトウェアと潜在的に新しい機器が必要です。 WCDMAとHSPAの間の共有インフラストラクチャにより、WCDMA HSPAのアップグレードのコストは、新しいスタンドアロンデータネットワークの構築に比べて非常に低くなります。

UMTS-目的

多くのうち、UMTSの目的は以下のとおりです-

UMTS-無線インターフェースおよび無線ネットワークの側面

UMTSの導入後、モバイルユーザーによる広域データ伝送の量が増加しました。 しかし、WLANやDSLなどのローカルワイヤレス伝送の場合、技術ははるかに高い割合で増加しています。 したがって、WIMAXがすでに高い伝送速度目標を設定している場合、データ伝送速度を固定回線ブロードバンドのカテゴリに等しいと見なすことが重要でした。 新しい3GPP無線技術であるEvolved UTRA(E-UTRA、LTE無線インターフェースと同義)は、あらゆる点で非常に競争力が高くなければならず、そのために以下の目標伝送速度が定義されていることが明らかでした-

  • ダウンリンク:100 Mb/s
  • アップリンク:50 Mb/s

上記の数値は、20 MHzのスペクトル割り当て内で、端末用の受信用の2つのアンテナと1つの送信アンテナのリファレンス構成でのみ有効です。

UMTS –すべてのIPビジョン

Evolved 3GPPシステムの非常に一般的な原則が定められています。 「すべてIP」である必要があります。これは、IP接続がユーザーに提供される基本サービスであることを意味します。 音声、ビデオ、メッセージングなど、他のすべてのレイヤーサービス その上に構築されています。

ネットワークノード間のインターフェイスのプロトコルスタックを見ると、IPの単純なモデルがモバイルネットワークに適用できないことは明らかです。 その間に仮想層がありますが、これはモバイルネットワークには適用できません。 その間に「トンネル」の形で仮想層があり、モビリティ、セキュリティ、サービス品質の3つの側面を提供します。 その結果、IPベースのプロトコルは、トランスポート層(ネットワークノード間)と上位層の両方に現れます。

UMTS –新しいアーキテクチャの要件

ユーザープレーンとコントロールプレーンに別々に、優れたスケーラビリティをカバーする新しいアーキテクチャがあります。 固定、遊牧、およびモバイル端末であるさまざまなタイプの端末モビリティサポートが必要です。

無線チャネルマルチキャスト機能では、デュアルモードUEシグナリングのアイドルモードでの、特に空中での最小の送信およびシグナリングオーバーヘッドを最小限に抑える必要があります。 ローミングおよびネットワーク共有の制限、従来の確立されたローミングコンセプトと互換性があるため、再利用または拡張する必要があります。当然、必要な最大伝送遅延は、コントロールプレーンに設定された固定ネットワーク、特に5ミリ秒未満と同等です200ミリ秒未満の遅延ターゲット。

3GPPシステムの進化を完全に見ると、従来の3GPPシステムほど複雑ではないように見えるかもしれませんが、これは機能の大幅な増加によるものです。 別の強い要望は、3GPPアーキテクチャキャリアのオペレーターのCAPEX/OPEXを削減して、フラットな構造に到達することです。

新しい3GPPシステムでは、リアルタイムのシームレスな操作(VoIPなど)と非リアルタイムのアプリケーションおよびサービスの両方で、強力な制御機能も維持する必要があります。 システムは、両方のシナリオでVoIPサービスに対して良好に機能するはずです。 レガシーシステム(3GPPおよび3GPP2)とのシームレスな連続性にも特別な注意が払われており、音声通信の訪問先ネットワークトラフィックのローカルブレイクアウトをサポートしています。

UMTS –セキュリティとプライバシー

ビジターロケーションレジスタ(VLR)とSNBは、現在ネットワークに接続されているすべてのモバイルステーションを追跡するために使用されます。 各加入者は、International Mobile Subscriber Identity(IMSI)で識別できます。 プロファイリング攻撃から保護するために、恒久的な識別子は可能な限りまれにエアインターフェイスを介して送信されます。 代わりに、ローカルID Temporary Mobile Subscriber force(TMSI)を使用して、可能な限り加入者を識別します。 各UMTS加入者は、秘密鍵K〜i〜を長期的に共有する専用のホームネットワークを持っています。

ホームロケーションレジスタ(HLR)は、すべてのホームネットワーク加入者の現在のロケーションを追跡します。 移動局と訪問先ネットワーク間の相互認証は、それぞれ現在のGSN(SGSN)とMSC/VLRのサポートにより実行されます。 UMTSは、無線インターフェイスの暗号化とシグナリングメッセージの整合性保護をサポートしています。

UMTS-認証

UMTSは、GSMネットワークと相互運用するように設計されています。 GSMネットワークを中間者攻撃から保護するために、3GPPは構造RAND認証チャレンジを追加することを検討しています。

認証

UMTSネットワークのUMTSサブスクライバー

ネットワークとモバイルステーションの両方が、UMTSのすべてのセキュリティメカニズムをサポートしています。 認証と鍵の合意は次のとおりです-

  • 移動局と基地局は、無線リソース制御接続(RRC接続)を確立します。 接続の確立中、モバイルステーションはセキュリティ機能をベースステーションに送信します。 セキュリティ機能には、サポートされているUMTS整合性と暗号化アルゴリズム、および場合によってはGSM暗号化機能も含まれます。
  • モバイルステーションは、ネットワーク上の現在の一時ID TMSIを送信します。
  • ネットワークがTMSIを解決できない場合、彼はモバイルステーションにその恒久的なIDを送信するように依頼し、モバイルステーションはIMSIで要求に応答します。
  • 訪問先ネットワークは、モバイルステーションデータのホームネットワークの認証を要求します。
  • ホームネットワークは、ランダムチャレンジRAND、対応する認証トークンAUTN、認証を返します
  • 応答XRES、整合性キーIKおよび暗号化キーCK。
  • 訪問先ネットワークは、RAND認証チャレンジと認証トークンAUTNをモバイルステーションに送信します。
  • モバイルステーションはAUTNをチェックし、認証応答を計算します。 AUTNが修正された場合。
  • モバイルステーションはメッセージを無視します。
  • 移動局は、認証応答RESを訪問先ネットワークに送信します。
  • ネットワークにアクセスすると、RES = XRESであるかどうかがチェックされ、無線サブシステムが使用できるセキュリティアルゴリズムが決定されます。
  • 訪問先ネットワークは、無線サブシステムに許可されたアルゴリズムを送信します。
  • 無線アクセスネットワークは、使用する許可アルゴリズムを決定します。
  • 無線アクセスネットワークは、選択したセキュリティモードコマンドメッセージでモバイルステーションに通知します。
  • メッセージには、ステップ1でモバイルステーションから受信したネットワークセキュリティ機能も含まれています。
  • このメッセージは、整合性キーIKで保護されています。
  • 移動局は、完全性の保護を確認し、安全機能の精度を検証します。

GSM基地局のUMTSサブスクライバー

モバイルユニット(サブスクライバUMTS)は、USIMとSIMアプリケーションの両方をサポートしています。 基地局システムはGSMを使用しますが、VLR/MSCテクノロジーコンポーネントはそれぞれUMTS SGSNです。 モバイルステーションとコアネットワークはどちらも、UMTSのすべてのセキュリティメカニズムをサポートしています。 ただし、ベースステーションシステムGSM(BSS)は整合性の保護をサポートせず、GSM暗号化アルゴリズムを使用します。 認証プロトコルの最初の8つのステップは、従来の場合と同様に実行されます。 GSM BSSは、UMTS認証トラフィックを単に転送します。

  • MSC/SGSNは、どのGSM暗号化アルゴリズムを許可するかを決定し、キーGSM Kc UMTSキーIK、CKを計算します。
  • MSC/SGSNは、GSM BSS許可アルゴリズムに助言し、GSM暗号鍵Kcを送信します。
  • GSM BSSは、モバイルステーションの暗号化機能に基づいて、どの暗号化アルゴリズムを使用できるかを決定します。
  • GSM BSSは、GSM暗号モードコマンドをステーションに送信します。

UMTS-成功と制限

GSM(2G)のサクセスストーリーは例外的です。 データ通信を容易にするために、既存のGSMでいくつかの拡張が行われましたが、成功は限られていました。 GPRSはモバイルユーザー向けにパケットデータ用に導入され、理論上は基本データレートが172 Kb/sまで上がりましたが、ユーザーに最大8つの論理チャネルを割り当てることはほとんどありませんでした。 GPRSには、IP接続への2段階アクセスという概念があります。

最初のステップは、ネットワークに接続して登録することです。 このため、ユーザーデータの送信には、PDP(パケットデータプロトコル)環境の確立が必要です。 この時点では、IPアドレスのみが割り当てられます。 GPRSは2.5Gネットワ​​ークとも呼ばれます。

GSM/CS(サーキットスイッチング)とGPRS/PS(パケットスイッチング)の両方について、EDGE(GSM Evolutionの拡張データレート)でのより高い変調効率に基づいて、最適化のための継続的な取り組みが行われましたが、根本的な変更はありませんでした。

WCDMS(広帯域CDMA)として知られている新しい無線技術に基づいて構築されたモバイルネットワーク(UMTS)の次の3G世代は、2つのことを保証しました-

  • 新しい無線スペクトルによる帯域幅の増加。
  • エンドユーザーのより高いピークデータレート。

UMTSネットワークアーキテクチャは、CSとPSの両方を並行して維持するように設計されました。 その後、インターネットとマルチメディアサブシステム(IMS)の形式で、まったく異なるサービスレイヤーが作成されました。 UMTSは、HSPAおよびHSPA +によるデータレートの向上のために改良されました。 これは、ダウンリンク/HSDPAとアップリンク/HSUPAに分けられました。 3GPP Rel 5はHSDPA用に標準化され、Rel 6はHSUPA用に標準化されました。 HSPA +はRelの下にあります。 3GPPの7つの標準。

ダイレクトトンネルアプローチにより、レガシーPSテクノロジー内ですでに継続的な改善が達成されました。 ただし、この目標を達成するには、アーキテクチャをさらに変更する必要があることは明らかでした。 レガシー技術の改善の別の側面は、超自然的な効率、無線周波数単位および時間単位ごとに配信可能な有効ビット数で特定できます。 移動体通信用に新しい無線スペクトルが利用可能になったにもかかわらず、コスト削減と競争力への圧力にはさらなる利益が必要でした。

UMTS-3GPP

3GPPは、モバイルネットワークの標準化グループであり、1998年から存在しています。 3GPP仕様には、「リリース」と呼ばれるバンドルが付属しています。

第3世代パートナーシッププロジェクト(3GPP)

3GPPリリースは、リリース99からリリース7です。

Release Published Key Architectural Features
Release 99 March 2000 UTRAN, USIM
Release 4 March 2001 MSC Split into MSC server and Media Gateway
Release 5 March 2002 IMS, HSPDA, IP based UTRAN
Release 6 March 2005 I-WLAN, HSUPA, MBMS, IMS
Release 7 Dec 2007 Unified PCC, Direct Tunnel, MIMO, HSPA+, IMS, VCC

簡単にネットワークエンティティは-

UE User Equipment: the mobile terminal
BTS Base Transceiver Station: the 2G/2,5G radio base station
BSC Base Station Controller: a controlling node in the 2G radio network
NodeB 3G radio base station
RNC network Radio NW controller: controlling and concentrating node in the 3G radio
(G)MSC Nodes (Gateway) Mobile Switching Center: circuit switched core network
S/GGSN Nodes Serving/Gateway GPRS Support Node: packet switched core network
HLR/HSS base Home Location Register/Home Subscription Server: central data
PCRF Policy and Charging Rules Function: a control node for policy management and charging

第3世代パートナーシッププロジェクト2(3GPP2)

3GPP2は、3GPP市場の対応する部分です。 3GPP2標準化団体は、独自のモバイルネットワークテクノロジーを記述する多数の仕様セットも開発し、現在の世代はCDMA2000©とラベル付けされています。 3GPP2は3GPPの概念とソリューションですが、選択的に異なるものが選択されます。 LTEに関しては、近年、柔軟性と効率を両立させるために3GPP2オペレーターの関心が高まっています。 継承3GPP2テクノロジーには、1xRTT CSおよびPSコンポーネント(EVDO vs eHRPD)と呼ばれるコンポーネントが含まれています。 3GPP2は、(eHRPD)高速パケットデータネットワークを3GPP古いシステムと同等であり、特別に設計された最適化された手順を転送する権利と見なします。

3GPPシステムのアーキテクチャ

3GPPの全体的なアーキテクチャ、進化したシステム、および既存の3GPPがすでに定義されているコアおよびアクセスネットワークは、「レガシー3GPPシステム」と呼ばれます。

3GPPで定義されていないが、進化した3GPPシステムと組み合わせて使用​​できるアクセスネットワークは、「非3GPPアクセスネットワーク」と呼ばれます。

サービスエリアは多数のIPサービスとして理解される必要があるため、一般にそれらはパケットデータネットワーク(PDN)によって表され、実装されます。 IPサービスは、単純に未加工のIP接続を提供できます(つまり、 (インターネット接続の許可)、企業ネットワークへの接続の提供、またはIMSを介したテレフォニーやインスタントメッセージングなどの高度なIPベースの制御機能。

「Evolved UTRAN」(EUTRAN)と呼ばれます。 GERANとUTRANは既存の無線アクセスネットワークであり、レガシーPSドメインに接続されています。

Evolved Packet Core(EPC)には、パケットルーティングと転送(ユーザーデータの転送用)を管理する基本機能に加えて、特にモビリティ、セッション処理、安全性、および負荷の制御に必要なすべての機能が含まれています。

レガシーCSドメインとのインターワーキングの場合、CSコアネットワークも考慮し、バックエンドIMSとインターフェイスする必要があります。 点線の矢印は、レガシーCSコアネットワークと新しいネットワークEvolved Packet Coreの間のオプションの相互接続、必要に応じて音声サービスのCSドメインへの利益の減少を示します。

UMTS-無線アクセスネットワーク

「アクセスストラタム」(AS)という用語を使用できるため、より一般的な「Evolved Radio Access Network」(eRAN)という用語もシグナリングプロトコルの一部として使用できます。 この比較により、E-UTRANは1種類のノード、つまりEvolved Node B(eNodeB)で構成され、さまざまな相互接続が最小限に抑えられていることがわかります。 eNodeBは無線基地局であり、物理的要因(信号強度、干渉条件、電波伝搬の条件)によって制限されたエリア(セル)のアンテナを介して送受信します。 隣接するeNodeBおよびS1を介したEPCとの論理インターフェースX2があります。 どちらにも、制御部(つまり、シグナリング用)とユーザープレーン部(ペイロードデータ用)があります。

EU参照(無線リンクインターフェイスとバインドされたモバイルネットワークプロトコルスタックを含む)へのポイントは、「LTE-U u」と呼ばれ、従来の対応するEU X2接続隣接eNodeBとは異なることを示します。 ほとんどのE-UTRANで考慮され、無線セル間のハンドオーバーのほとんどの場合に使用されます。

UEが移動すると、2つのデータeNodeB間のX2を介して、影響を受けるユーザーを短時間で送信できるように、シグナリングによって長いハンドオーバー準備が行われます。 特別な場合にのみ、2つのネイバー間のeNodeB用にX2が構成されないことがあります。 この場合、転送は常にサポートされますが、転送の準備とデータ送信はEPCを介して行われます。 したがって、待ち時間を長くし、「均質性」を低くする必要があります。

より詳細には、eNodeBによって実行される機能は-

  • 無線リソース管理:無線ベアラー制御、無線アドミッション制御、接続制御モビリティ、リソースの動的割り当て(つまり、 UESへのアップリンクおよびダウンリンクとしてのスケジューリング)。
  • IPのヘッダー圧縮とユーザーデータストリームの暗号化。
  • ユーザープレーンのデータパケットをEPCに(特に、GWノードサービスに向かって)転送します。
  • 関連するEPSベアラのQoSクラスインデックス(QCI)に基づいた、DiffServコードポイント設定など、アップリンクでのトランスポートレベルパケットマーキング。
  • ページングメッセージの計画と配信(MSの要求に応じて)。
  • ブロードキャスト情報の計画と送信(MMEまたはO&Mの起源)。
  • モビリティとプログラミングの範囲に関する配信とレポートの測定構成。

UMTS-Evolved Packet Core(EPC)ネットワーク

3GPPを進化させたシステムの初期のアーキテクチャ作業により、ユーザープレーンおよびコントロールプレーンプロトコルを使用したモビリティの実装に関する2つの見解が提示されました。

1つ目はGPRSトンネリングプロトコル(GTP)の優れたパフォーマンスとして宣伝され、もう1つは新しい(およびIETFのいわゆる「ベース」)プロトコルを推進しました。

両方とも彼らの側で良い議論を持っていました-

  • * GTPの進化*-このプロトコルは、その有用性と機能をオペレーターに証明しており、大規模な運用で非常に成功しました。 モバイルネットワークPSのニーズに正確に合わせて設計されました。
  • * IETFベースのプロトコル*-IETFは、インターネットの事実上の標準化団体です。 モビリティプロトコルは、モバイルIPベースのネットワーククライアントから「プロキシモバイルIP(MIP)」へと進化しました。 PMIPは、3GPP Evolvedパラレルシステムで標準化されました。 (ただし、モバイルIPクライアントベースは、非3GPPアクセスサポートと共にEPSで使用されます。)

非ローミングでの3GPPアクセス用のEPC

使用される基準点とプロトコルによって提供される機能は-

LTE-Uu

LTE-Uuは、EUとeNodeB間の無線インターフェイスの基準点であり、コントロールプレーンとユーザープレーンを含みます。 制御計画の最上位層は、「無線リソース制御」(RRC)と呼ばれます。 「Packet Data Convergence Protocol」(PDCP)、無線リンク制御、およびMAC層に積み重ねられています。

S1-U

SI-Uは、eNodeBとサーブGW参照間のユーザープレーントラフィックのポイントです。 このベンチマークを介した主なアクティビティは、トラフィックまたはトンネルの形状から生じたユーザーをカプセル化したIPパケットを転送することです。 カプセル化は、EUの移動中でもeNodeBとGWサービス間の仮想IPリンクを実現し、モビリティを可能にするために必要です。 使用されるプロトコルはGTP-Uに基づいています。

S1-MME

S1-MMEは、eNodeBとMMEリファレンスの間のコントロールプレーンのポイントです。 たとえば、接続、分離、変更のサポートの確立、安全手順などの信号を送るなど、すべての制御活動が実行されます。 このトラフィックの一部はE-UTRANに対して透過的であり、EUとMSの間で直接交換されることに注意してください。これは「非アクセスストラタム」(NAS)シグナリングと呼ばれる部分です。

S5

S5は、GWとPDN GWサービス間のコントロールとユーザープレーンを含むベンチマークであり、両方のノードがHPLMNに存在する場合にのみ適用されます。サービングGWがVPLMNである場合の対応する参照ポイントは、S8と呼ばれます。 上記で説明したように、ここでは、拡張された* GPRSトンネリングプロトコル(GTP)とプロキシモバイルIP(PMIP)の2つのプロトコルのバリエーションが可能です。

S6a

S6aは、サブスクリプション機器に関する情報交換(ダウンロードおよびパージ)の基準点です。 既存のシステムのGrおよびD基準点に対応し、DIAMETERプロトコルに基づいています。

SGi

これはDPRの出口点であり、I-WLANのGi基準点GPRSおよびWiに対応します。 IETFプロトコルは、ユーザープレーン(つまり、 IPv4およびIPv6パケット転送)プロトコルと、DHCPとしてのコントロールプレーンおよびIPアドレス/外部ネットワークプロトコルを構成する半径/直径が使用されます。

S10

S10は、MME再配置の基準点です。 これは純粋なコントロールプレーンインターフェイスであり、この目的には高度なGTP-Cプロトコルが使用されます。

S11

S11は、MMEとGWサービス間の既存のコントロールプレーンの参照ポイントです。 高度なGTP-C(GTP-C v2)プロトコルを採用しています。 eNodeBとサーブGWの間のデータの所有者は、S1-S11とMMEの連結によって制御されます。

S13

S13は、Equipment Identity Register(EIR)およびMMEの参照ポイントであり、ID制御に使用されます(例: ブラックリストに登録されている場合、IMEIに基づきます)。 DiameterプロトコルSCTPを使用します。

Gx

Gxは、QoSポリシーフィルタリングポリシーの基準点であり、PCRFとPDN GWの間の負荷を制御します。 フィルターと価格設定ルールを提供するために使用されます。 使用されるプロトコルはDIAMETERです。

Gxc

GxcはGx上に存在する基準点ですが、GWとPCRFの間にあり、PMIPがS5またはS8で使用されている場合にのみ機能します。

Rx

Rxは、ポリシーおよび請求情報の交換のためにNDSおよびPCRFにあるアプリケーション機能(AF)として定義されています。 DIAMETERプロトコルを使用します。

ローミングの3GPPアクセス用のEPC

この場合、ユーザープレーンをローミングする場合-

(相互接続ネットワークを介して)HPLMNに戻ります。つまり、すべてのEUユーザートラフィックは、DPRが接続されているHPLMNのPDN GWを経由してルーティングされます。または

トラフィックのより最適な方法のために、VPLMNのPDN GWをローカルPDNに任せます。

1つ目は「ホームルーティングトラフィック」と呼ばれ、2つ目は「ローカルブレイクアウト」と呼ばれます。 (2番目の用語は、ホームNB/eNodeBのトラフィック最適化の説明でも使用されますが、ローミング3GPPの概念では、制御計画には常にHPLMNが含まれるため、意味が異なります)。

EPCとレガシー間のインターワーキング

最初から、3GPP Evolvedシステムは、既存の2Gおよび3Gシステム、3GPP PSが広く展開されていること、より正確にはGERANおよびUTRAN GPRSベースとシームレスに相互運用できることは明らかでした(治療のために古いCSシステムと相互作用する側面について最適化された音声の)。

EPSの2G/3Gへの基本的なアーキテクチャ設計の問題は、GGSNマップの場所です。 2つのバージョンが利用可能であり、両方がサポートされています-

  • *使用されたGW *-GWにサービスを提供する通常のケースです(既存のGPRSネットワークで見られるように)。 + EPCのユーザーとコントロールプレーンの分布に従って、MMEでコントロールプランが完成します。 S3およびS4参照ポイントが導入され、GTP-UおよびGTP-Cに対応しています。 S5/S8はPDN GWにチェーンされています。 利点は、相互運用性がスムーズで最適化されていることです。 欠点は、この種の相互運用性のために、SGSNをRelにアップグレードする必要があることです。 8(S3およびS4の必要なサポート新機能のため)。
  • PDN GW -この場合、変更されていないベンチマーク継承Gn(ローミングの場合、GPになります)は、コントロールプレーンとユーザープレーンの両方で、SGSNとPDN GWの間で再利用されます。 この使用の利点は、SGSNをリリース前にすることができることです。 8. さらに、IPバージョン、転送、およびS5/S8プロトコルに特定の制限があります。

レガシー3GPP CSシステムとの相互作用

3GPP Evolvedの設計段階で、最も重要なサービス「音声」通信を備えたレガシーCSシステムを新しいシステムで無視できないことが明らかになりました。 事業者は、現場への投資があまりにも関連しすぎていたため、非常に効率的なインターワーキングが要求されました。

2つのソリューションが開発されました-

  • LTE(Voice over IMSを使用)からレガシーシステムに音声通話を転送するための単一無線音声通話継続性(SRVCC)。
  • CSフォールバック-CSの着信または発信アクティビティが実行される前に、レガシーCSへの一時的な移動を有効にします。

シングル無線音声通話継続性(SRVCC)

GERAN/UTRANを備えたSRVCC用に3GPPが選択したこのソリューションでは、特別に強化されたMSCがMMEの新しいインターフェイスコントロールプレーンを介して接続されています。

EUにサービスを提供するMSCは、Svインターフェイスのサポートとは異なる場合があることに注意してください。 IMSでは、SRVCCのアプリケーションサーバー(AS)が必要です。 SvはGTPv2に基づいており、ソースにアクセスするために接続されている間、ターゲットシステム(アクセスおよびコアネットワーク、CSドメインとIMSドメイン間の相互接続)のリソースの準備に役立ちます。

同様に、SRVCC CDMA 1xRTTでは、インターワーキング1xRTTサーバー(IWS)が必要です。これは、同じ目的でUE S102にサービスを提供する1xRTT MSCからのインターフェイスと信号リレーをサポートします。 S102はトンネルインターフェイスであり、1xRTTシグナリングメッセージを送信します。 MMEとUEの間でこれらはカプセル化されます。

CSフォールバック

サービングGWとPDN GWは分離されておらず(S5/S8は公開されていません)、VLRはMSCサーバーと統合されています。 MSCサーバー/VLRとMMEの間に新しいSGインターフェイスが導入され、手順の組み合わせと調整が可能になりました。 概念はで構成されています-

  • SG上のMSのMSCサーバーからのCS要求(着信コール、ネットワークトリガーの追加サービスまたはSMSレガシーの処理)を終了するためのシグナルリレー。
  • PSドメインとCSドメイン間の結合された操作手順。

非3GPPアクセスとのインターワーキング

3GPPアクセスネットワークの異なるシステム(非3GPP/アクセスと呼ばれる)とのインターワーキングは、SAEの重要なターゲットでした。これはEPCの傘の下で行う必要があります。 この相互運用性は、さまざまなレベルで実現できます(実際、これはVCC/SRVCCのレイヤー4で行われました)。 しかし、一般的なタイプのインターワーキングでは、一般的なメカニズムに依存する必要があるように思われたため、IPレベルが最も適切であると思われました。

一般に、モバイルおよび固定ネットワーク用の完全なシステムは、上記と同様のアーキテクチャを備えています。 進化した3GPPシステムには、通常、アクセスネットワークとコアネットワークがあります。 インターワーキングアーキテクチャのスケジュールされた進化型3GPPシステムでは、他のアクセステクノロジーシステムがEPCに接続します。

一般に、完全なモバイルネットワークシステムと固定ネットワークシステムは、Evolved 3GPPシステムで説明したものと同様のアーキテクチャを持ち、通常はアクセスネットワークとコアネットワークで構成されます。

また、アクセスシステムの特性に基づいて、2種類の相互運用性を許可することも決定されました。 3GPP以外のアクセス信頼性を備えたネットワークでは、ネットワークとEPC間の安全な通信が実装され、堅牢なデータ保護も十分に保証されていると想定されます。

UMTS-GPRSトンネリングプロトコル

GPRSトンネリングプロトコル(GTP)の生成は事実上不可能でしたが、新しいシステムに提供することも望ましくありませんが、一方で、相互作用を可能にするために改善も必要であることは非常に理解できますレガシーPSの世界とスムーズにつながり、最新のシステムに必要な機能をサポートします。

GPRSトンネリングプロトコル(GTP)

GTPプロトコルは、GPRSでのデータユニットと制御メッセージのトンネリングとカプセル化のために設計されています。 1990年代後半の設計以来、大規模に展開されるようになり、確かな経験が集められました。

Evolved 3GPPシステムのGTPには、コントロールプレーンとユーザープレーンの2つのバリエーションがあります。 GTP-Cはコントロールプレーンシグナリングを管理し、データ転送プロトコルに加えて、ユーザーの純度GTP-Uが必要です。ユーザープレーンと呼ばれます。 EPSに適した現在のバージョンは、GTPv1 USおよびGTPv2-Cです。

GTPの特徴は、プライマリGTPトンネルホルダー内のトラフィックの分離、つまり、それらをグループ化してキャリアを処理する機能をサポートしていることです。 GTPトンネルの終端は、TEID(トンネルエンドポイント識別子)によって識別されます。それらは、ピアエンティティによってアップリンクおよびダウンリンクのローカルレベルに割り当てられ、それらの間で横断的に報告されます。 TEIDは、S5およびS8の特定の例のPDN接続およびS3/S4/S10/S11インターフェイスのEUによって、異なる粒度で使用されます。

GPRSトンネリングプロトコルのコントロールプレーン

GTPv2-Cは、EPCシグナリングインターフェイス(少なくともRelのSGSNを含む)で使用されます。 8). たとえば-

  • S3(SGSNとMMEの間)、
  • S4(SGSNとServing GWの間)、
  • S5およびS8(サービ​​ングGWとPDN GWの間)、
  • S10(2つのMMEの間)、および
  • S11(MMEとServing GWの間)。

GPRS​​トンネリングプロトコル

これに対応して、上図に示すような典型的なGTPv2-Cプロトコルデータユニット、特定の部分GTPの前にはIPおよびUDPヘッダーがあり、ヘッダーGTPv2-Cと、情報GTPv2-Cの変数を含む部分で構成されています。メッセージのタイプに応じた長さと形式。 プロトコルバージョンのエコーと通知はサポートされていないため、TEID情報は存在しません。 このバージョンのプロトコルでは、バージョンが明らかに2に設定されています。

GTPには、複雑なレガシー拡張ヘッダーメカニズムがありました。ほとんどのGTPv2-Cでは使用されません。 メッセージタイプは2番目のバイトで定義されます(したがって、将来の拡張のために最大256メッセージを定義できます)。 以下の表に、現在定義されているGTPv2-Cのメッセージの概要を示します。 メッセージの長さは、バイト3および4でコード化されます(バイトで測定され、最初の4バイト自体は含まれません)。

TEIDはトンネルエンドポイントのIDで、反対側/受信側の単一の値です。 GTPトンネルを介して頻繁に区別される必要がある場合に、一方の端で多重化トンネルと逆多重化トンネルを許可します。

Message Type Message Additional Explanation
0 Reserved Shall never be used (intentionally excluded from protocol, to enforce explicit setting)
1/2 Echo Request/Response Used to probe if a GTP version supported by the sending node.
3 Version Not Supported Indication Contains the latest GTP version supported the sending node.
4/5 Direct Transfer Request/Response Used for tunneling signaling message on S101 interface for optimized handover, between HRPD access not and MME
6/7 Notification Request/Response Used for tunneling notification on S101 between HRPD access node and MME
25/26 SRVCC PS to CS request Used to trigger and confirm SRVCC initiation between SGSN/MME and MSC server
27/28 SRVCC PS to CS complete Notification Used to indicated and confirm completion of SRVCC between MSC server and SGSN/MME
32/33 Create Session Request Used to establish connectivity between two nodes
34/35 Modify Bearer Request Used to modify properties of a single or of multiple bearer, include bearer context information
36/37 Delete Session Request Tears down GTP control session
38/39 Change Notification request Used for reporting location information
66/67 Delete bearer command/failure indication Instruct nodes to delete bearer and confirm back
68/69 Bearer resource command/failure indication Used to allocate or modify resources
73 Stop paging indication Sent from SGW to the MME or SGSN
95/96 Create bearer request/response Instruct nodes to install bearers and confirms back
97/98 Update bearer request Used to inform the control plane nodes from the user plane about bearer changes

拡張GTPv1-U

GTP-Uには小さなながらも効果的な改善のみが適用され、そのためにプロトコルバージョンの数を強化する必要はないと考えられました。 したがって、GTPv1-Uを期待していますが、少なくとも最新のRelです。 8.

プロトコルスタックは基本的にGTPv2-Cと同じですが、レイヤの名前とそれに応じてプロトコルが置き換えられます。 拡張ヘッダーメカニズムは所定の位置に保持されます。必要に応じて2つの要素を挿入できます。

  • トリガーメッセージのUDPソースポート(2オクテット)。
  • PDCP PDU番号-損失なしの特性転送に関連。この場合、データパケットにはEPC(2オクテット)で番号を付ける必要があります。

改善点は、ユーザープレーンで「エンドマーケット」を送信できることです。 これは、eNodeB間ハンドオーバ手順で使用され、データパケットの直後にパスウェイがアクティブ化されることを示します。たとえば、GTP-Uは無線アクセスで終了しなかったため、Rel.8より前の機能は不要です。ノード(すなわち BSやNodeBにはありません)少数のメッセージのみが存在します。 GTPv1-U、およびそれらは上の表にリストされています。

実際、GTPv1-Uを介した非常に限られた種類のシグナル伝達が可能であることは明らかです(エコーメカニズムと末端ラベリング)。 実際のユーザーデータの転送がタイプ255であるという唯一のメッセージ、いわゆるG-PDUメッセージ。ヘッダーがユーザーまたは外部PDN機器からの元のデータパケットになった後、それが運ぶ唯一の情報。

GTP-Uトンネルのすべてのインスタンスがリファレンスアーキテクチャにリストされているわけではありません(アソシエーションをキャプチャすることを目的としていたため、ネットワークノード間で生存できなくなりました)。一時的なトンネルが可能です-

  • サービスがGWに移動された場合、S1に基づく転送に適用される2つのサービングGW間。
  • 2つのSGSNの間、前のケースに対応しますが、レガシーPSネットワークにあります。
  • 3G PSネットワークでのRNCの再配置に適用可能な2つのRNCの間(EPCとの関係はないため、ここでは完全性のために言及しています)。

UMTS-プロキシモバイルIPv6プロトコル

これは、インターネットプロトコル標準の開発に取り組むインターネット技術特別調査委員会(IETF)によって標準化されたモビリティ管理プロトコルです。

デュアルスタック機能

PMIPv6のデュアルスタック機能には2つのターゲットがあります-

  • IPv4ホームアドレスをサポートするには
  • アクセスネットワークを介したIPv4のみの転送を許可するには、この場合、MAGはIPv4プライベートアドレスも使用でき、NATはLMAへのパスに沿って展開できます。

これら2つの機能は個別に使用できます。 これらの要件を解決するために、次の拡張が行われました-

  • LMAのバインディングキャッシュ内-
  • モバイルノードに割り当てられ、モバイルアクセスゲートウェイに登録されたIPv4アドレス(対応するサブネットマスクを含む)。 静的な構成/プロファイルから取得されるか、LMAによって動的に割り当てられます。
  • モバイルノードに割り当てられたIPv4デフォルトルーターアドレス。
  • MAGのBinding Updateリストで-
  • モバイル接続インターフェースに割り当てられたIPv4ホームアドレス。
  • モバイルノードのIPv4デフォルトルーター。 LMAとMAGはIPv6を実装する必要があり、IPv4アドレスも必要です。 MAGは、アクセスリンク上のUEのIPv4デフォルトルーターです。

PMIPv6シグナリング

次の表に、PMIPv6シグナリングメッセージの概要を示します(基本的なPMIPv6と、却下と管理方法を接続するためのIETFの指定された改善)。 シグナリングPMIPv6ベースは「バインディングアップデート」(BU)MAGからLMAで作成され、MAGに対応する「アップデート確認バインディング」(BUA)メッセージが登録、更新、およびバインディング削除に使用されます。 IPアドレス情報(IPv4またはIPv6アドレスプレフィックス)は通常、最初の登録によって割り当てられたLMAおよびMAGによって要求されます。

PMIPv6シグナリングメッセージ

方向

説明

バインディング更新

PBU

MAG→LMA

モビリティバインディングの作成、拡張、削除を要求します。 また、新しいIPv4アドレスを要求するためにも使用されます。

バインディング更新の確認

PBA

LMA→MAG

モビリティバインディングの作成、拡張、削除の要求を承認します。 また、IPv4アドレスの割り当てにも使用されます。

バインディング失効表示

BRI

LAM→MAG

バインディングが取り消され、LAMによって削除されるという通知は、バルク取り消しも許可します。

バインディング失効確認

BRA

MAG→LMA

拘束力のある失効を認めます。

ハートビート

HB

MAG→LMA

LMA→MAG

障害の検出に使用される定期的なシグナリングメッセージ。

PMIPv6に追加された3GPP固有の情報要素

PMIPv6は、非常に一般的な用途向けに設計されています。 3GPPには、GTPの容量と可能な限り互換性を持たせる必要から生じる特別な要件がいくつかあります。

Vendor Specific Information Direction Explanation
Protocol Configuration Options

MAG → LMA

LMA→MAG

Mirrored from GTP, used to transfer frequently needed, protocol related data between UE and network.
Specific 3GPP related error code LMA → MAG It can indicate that no access is given to an APN.
Connection Set Identifier (CSI)

LMA → MAG

MAG→LMA

Contains one or more CSIs. It is generated for each new PDN connection and used in case of partial node failure to identify the PDN.
PDN type indication LMA → MAG Used to indicate the decision of the PDN GW.
PDN GW IP address MAG → LMA Used in case of chaining on S2a/S2b to transfer to the intermediate LMA.
DHCPv4 address allocation indication LMA → MAG Indicates that IP at allocation through DHCPv4 is to be used by the UE.

UMTS-拡張可能な認証プロトコル

IETF(RFC 3748)によって開発された汎用フレームワークです。 基本的なシグナリングメカニズムは、さまざまな認証方法をサポートしています。

3GPPシステムとのインターワーキングのEAP固有の使用は、EAP-AKAメソッドがEAP-AKAをI-WLANですでに使用していることで定義されています。

EAP認証の主な手順は次のとおりです-

  • EAP認証システムは、認証要求をターゲットデバイス/EU(L2)に送信します。ターゲットデバイス/EUから応答を受信し、AAAインフラストラクチャに送信します。
  • AAAサーバーはEAPメソッドを実行し、認証デバイスによって送信されるターゲットデバイスへのチャレンジをもたらします。
  • ターゲットデバイスはこの課題を解決する必要があります。回答はオーセンティケータを介してAAAサーバーに中継されます。
  • AAAサーバーは、チャレンジに対する応答と予想される応答を比較し、認証の成功を決定します。 成功または失敗の表示がターゲットデバイスに返されます。

オプションで、通知を使用して追加情報を転送できます。これは、IPモビリティモードの選択表示に使用されます。 設計中、セキュリティ3GPPの分野で非3GPPアクセスネットワークの安全性の領域を分離し、また他のドメインに分離するという主要な決定がありました。

実際的な結果は、非3GPPアクセスネットワークの識別子がセキュリティアルゴリズムに入ることです。これには、EAP-AKAのバリアント、EAP-AKA(プレミアム)の仕様が必要です。

UMTS-IKEv2およびMOBIKE

Internet Key Exchangeは、RFC 4306のIETFで定義された高度なバージョン2です。 2つのノード間でセキュリティアソシエーションとIPSecトンネルを作成および維持し、いくつかの構成データを交換できます。それらは、メッセージ内のいわゆるペイロード構成ダイアログに転送されます。

包括的なIKEv2セッションは、複数のダイアログ、構造化されたフェーズで構成されます。 メッセージの流れと典型的なベースは下の図に示されており、EUとePDG間のシグナリングのコンテキストでそれがどのように適用されるかの説明-

IKEv2Phase

コメント

初期交換

MOBIKEサポート表示としてペイロードを通知します。 設定ペイロードで要求/配信されるIPアドレス。

設定ペイロードで要求/提供されるホームエージェントアドレス。

認証交換

子SAを作成する

DSM IPv6シグナリングの保護されたトンネルを作成するため

{空} x。 情報交換

AUTHの後の任意の時点。

Evolved 3GPPシステムでは、IKEv2が使用されます-

  • IPアドレス情報:IPv4アドレスまたはIPv6プレフィックス。
  • IPモビリティモード選択情報。
  • IPアドレス情報:IPv6プレフィックス。
  • DNSサーバーのアドレス。

直径

直径は一般的なAAAプロトコルであり、ネットワークアクセス、モビリティ、およびQoS処理のための追加機能を備えています。 原則として、一般的な性質のピアツーピアですが、クライアントサーバーモードの3GPPアーキテクチャで使用されます。 拡張性が組み込まれているため、インターフェース上のメッセージ構造を完全にサポートし、ある程度の柔軟性が必要です。 さらに、障害およびフェイルオーバー処理を備えた複数のサーバー構成をサポートします。 機能的には、前の半径と類似していますが、メッセージとパラメーターのレベルが大きく異なります。 DIAMETERは、ハートビートメッセージのペアにより、デッドピアを検出する機能を提供します。 SCTPまたはTCPで実行でき、3868ポートを使用します。

DIAMETERプロトコルは、EPCで広く使用されています-

  • MMEとHSS間のサブスクリプションのダウンロードおよび更新用のS6a。
  • S6d(アップグレードされたSGSNとHSSの間)。これは、新しいシステムとのインターワーキング機能を備えたレガシーワールドのS6aに相当します。
  • MMEとEIR間の機器チェック用のS13。
  • 信頼できない非3GPPアクセスとAAAサーバー間の認証用のSWa。
  • 信頼できる非3GPPアクセスとAAAサーバー間の認証と承認のためのSTa。
  • AAAプロキシとAAAサーバー間の転送(VPLMNとHPLMN間の転送)用のSWd。
  • APNの承認およびPDN GWとAAAサーバー間のモビリティのためのS6b。
  • ePDGとAAAサーバー間の認証と承認のためのSWm。
  • AAAサーバーとHSS間で認証ベクトルと登録情報を交換するためのSWx。
  • IP-CANセッション処理用のGxおよびPDN GWとPCRF間のGW-Controlセッション処理。

UMTS-SCTP

ストリーム制御伝送プロトコル(SCTP)は、IPなどの潜在的に信頼できない接続なしでパケットサービスの上で実行される信頼性の高いトランスポートプロトコルです。 重複しない転送エラーデータグラム(メッセージ)なしで認識されるアプリケーションおよびシグナリングオファー用に特別に開発されました。 データ破損、データ損失、データ重複の検出は、チェックサムとシーケンス番号を使用して実行されます。

データの損失または破損を修正するために、選択的な再送信メカニズムが適用されます。 決定的な違いは、TCPマルチホーミングと、接続内の複数のストリームの概念です。 TCPフローで一連のバイトと呼ばれる場合、SCTPストリームは一連のメッセージを表します。 SCTPはUDPとTCPの利点を組み合わせようとしますが、それらの欠点を避けます。 IETF RFC 4960で定義されています。

SCTPは、これらのSCTPアプリケーションとともに、いくつかのネットワーク内部コントロールプレーンインターフェイスで使用されます-

  • S1-MME:eNodeBとMMEの間
  • SBc:MMEとSBcの間。
  • S6a:MMEとHSSの間
  • S6d:SGSNとHSSの間
  • SG:MSC/VLRとMMEの間
  • S13:MMEとEIRの間

S1アプリケーションプロトコル

S1-MMEにまたがる手順には、UEに関連するUEと関連しないUEの2つのカテゴリがあります。 さらに、2つのクラスのメッセージが定義されています。Class1はクラス2に応答します。 クラス1および関連する手順のイニシエーター/応答メッセージを以下の表にリストします。クラス2のメッセージ名の手順は、手順名とほぼ同じであり、以下の表(2番目の表)はこれらのみを示しています。

Elementary Procedure Initiating Message Response(if successful)
Handover preparation Handover required Handover command
Hand resource allocation Handover req. Path switch req. ack.
Patch Switch Request Path Switch Req. Path switch ack.
Handover Cancellation Handover cancel Handover cancel ack.
E-RAB Setup E-RAB setup Req. E-RAB setup Resp.
E-RAB modify E-RAB modify req. E-RAB modify Resp.
E-RAB release E-RAB command release E-RAB command Resp.
Initial context setup Initial context setup req. Initial context setup Resp.
Reset Reset Reset Ack.
S1 setup S1 setup req. S1 setup Resp.
UE context release UE context release command UE context release complete
UE context modification UE context modification req. UE context modification resp.
eNodeB configuration ENB configuration update ENB configuration update ack.
MME Configuration MME configuration update MME configuration update ack.
Write- Replace warning Write-Replace warning req. Write-Replace warning resp.

基本手順

  • ハンドオーバー通知
  • E-RABリリース表示
  • ページング
  • 初期UEメッセージ
  • ダウンリンクNASトランスポート
  • アップリンクNASトランスポート
  • NAS未配達の表示
  • トレースを無効にする
  • トレース開始
  • トレース障害表示
  • ロケーションレポートの失敗の表示
  • 位置報告制御
  • ロケーションレポート
  • セルトラフィックトレース
  • エラー表示
  • UEコンテキスト解放要求
  • ダウンリンクS1 CDMA2000トンネリング
  • アップリンクS1 CDMA2000トンネリング
  • UE機能情報表示
  • eNodeBステータス転送
  • MMEステータス転送
  • 過負荷開始
  • 過負荷停止
  • eNodeB直接情報転送
  • MME直接情報転送
  • eNodeB構成の転送
  • MME設定

X2アプリケーションプロトコル

X2アプリケーションプロトコルには、S1-APと多くの共通点があります。クラス1とクラス2のメッセージで同じ分類が行われます。 セットアップメッセージははるかに小さく、X2の特殊な機能に対応しています。

Procedure Initiating Message Class Response(if successful)
Handover preparation Handover req. 1 Handover req. ack.
Reset Reset req. 1 Reset resp.
X2 setup X2 setup 1 X2 setup resp.
eNodeB Configuration update ENB Configuration update 1 ENB Configuration update ack.
Resource Status Reporting Initiation Resource Status req. 1 Resource Status resp.
Load Indication Load Information 2
Handover Cancel Handover Cancel 2
SN status transfer SN status transfer 2
UE context release UE context release 2
Resource Status Resource Status 2
Reporting update
Error Indication Error Indication 2

UMTS-NASシグナリングプロトコル

NASシグナリングプロトコルは、純粋に3GPPプロトコルであり、3GPP専用に開発されています。したがって、このプロトコルは3GPPシステムでしか見つかりません。

  • モビリティおよびセッション管理のためのUE。
  • EPCおよびレガシーネットワークノードのMME(GPRSのSGSNおよびCSドメインのMSC)。
  • 交換されたメッセージ。

EPSモビリティ管理用のNASシグナリングプロトコル

NASシグナリングEPSモビリティ管理手順を以下の表にリストします。 列「C」の「X」は、CS NASシグナリングプロトコルスタックとの組み合わせのバリアントが一致するかどうかを示します(CSFBが許可された構成の場合、組み合わせを意図した場合)。

成功例のみが提示されました(主にネットワーク経由で適切な拒否メッセージを使用してエラーが発生した場合)。説明には、考えられるすべてのケースが含まれているわけではありません。 通常、ダイアログメッセージは、メッセージの損失に対するタイマーによって保持されます。例えば タイマーT3410を使用して手順を監視し、15秒後にアタッチが期限切れになります。 したがって、ネットワークから応答がない場合(受け入れまたは拒否)、再試行手順が開始されます。 カウンターは再試行を制限するために使用されます。 モビリティEPS管理ネットワークは、7つのタイマーとUE 14のタイマーを操作します。

手順

メッセージ

説明

GUTI再割り当て

GUTI再割り当てコマンド←

UEに一時的な識別子を割り当てるために使用されます。

GUTI再割り当て完了→

認証

認証要件 ←

UEの認証に使用されます。

認証または →

セキュリティモード制御

セキュリティモードコマンド←

UEとMMEの間のネゴシエーションに使用されます。

セキュリティモードコマンド→

識別

アイデンティティ要件 ←

UEのIDを決定するために使用されます。

アイデンティティー →

EMM情報

EMM情報←

サポート情報をUEに転送するために使用されます。

EMMステータス

EMMステータス←または→

エラー報告に使用されます。

添付

要求を添付 ←

UEをネットワークに登録し、リソースを割り当てるために使用されます。

受け入れ←を添付

添付完了→

切り離す

要求を切り離します。 →

UEのネットワーク登録を削除するために使用されます。

受け入れ←または→を切り離します

トラッキングエリアの更新

トラッキングエリアの更新要件 →

アイドルモードモビリティに使用されます。

トラッキングエリアの更新の承認←

サービス要求

サービス要件 →

UEがアイドルモードのときに使用されます。

ページング

ページングの下位層へのリクエスト

UEがアイドルモードで、ダウンリンクトラフィックが到着するときに使用されます。

サービス要件

NASメッセージの転送

UL/DL NASトランスポート←/→

カプセル化された形式のSMSトランスポートに使用されます。

EPSセッション管理用のNASシグナリングプロトコル

NASシグナリング機能の2番目のブロックは、セッションの処理に関連しています。 4つのインサイダーネットワークと4つのUEが、ESMに存在する手順を開始しました。 次の表に、成功に対応するフローとメッセージを示します(ここでも、適切な拒否メッセージを使用して否定的なケースが作成されます)。 それらの一部は、コンテナが提供されるEMM NASメッセージに移植されます(たとえば、REQUEST PDN接続が接続要求メッセージにパックされます)。 また、一般的な情報交換のために2つの単純なメッセージが定義されています。

手順

メッセージ

説明

デフォルトのEPSベアラコンテキストのアクティブ化

デフォルトのEPSベアラコンテキストリクエストをアクティブにします。 ←

UEとEPCの間にデフォルトのEPSベアラコンテキストを確立します。

デフォルトのEPSベアラコンテキストリクエストをアクティブにします。 →

専用EPSベアラコンテキストのアクティブ化

ベアラーコンテキスト要件←

UEとEPC間のQoSおよびTFTを使用したコンテキスト。

専用EPSベアラコンテキストを有効化する→

EPSベアラーコンテキストの変更

変更EPSベアラーコンテキスト要件。 ←

UEとEPC間のQoSおよびTFTの既存のEPSベアラコンテキストを変更します。

変更EPSベアラーコンテキストを受け入れます。 ←

EPSベアラコンテキストの非アクティブ化

EPSベアラーコンテキストの非アクティブ化が必要です。 ←

EPSベアラーコンテキストを非アクティブ化します。

非アクティブ化EPSベアラコンテキストは受け入れます。 ←

UEがPDN接続を要求しました

PDN接続要件 →

PDNにデフォルトのベアラーのセットアップを要求します。

PDN接続の受け入れ←

UEがPDN切断を要求しました

PDN切断の要件 →

1つのPDNからUEを切断します。

EPSベアラーコンテキストの非アクティブ化が必要です。 ←

UEがベアラリソースの割り当てを要求しました

ベアラリソースの割り当て。 →

ベアラーリソースを要求するために使用されます。

EPSベアラコンテキストリクエストの変更。 ←

UEがベアラリソースの変更を要求しました

ベアラーリソースの変更の要件 →

変更に使用されます。

EPSベアラコンテキストリクエストの変更。 ←

ESM情報リクエスト

ESM情報リクエスト←

プロトコル構成オプションを要求するために使用されます。

ESM情報応答→

ESMステータス

ESMステータス←または→

他のNASシグナリングピアにエラーを通知します。