Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 4 theo công nghệ LTE và LTE phát triển

đặc tính của “Web 2.0” ngày nay vào không gian di động lần đầu tiên. Dọc theo sự bảo đảm về thƣơng mại, nó sẽ băng qua những ứng dụng thời gian thực nhƣ game đa ngƣời chơi và chia sẻ tập tin. Bảng 2.7 : So sánh các dịch vụ của 3G so với 4G LTE Dịch vụ Môi trƣờng (3G) Môi trƣờng 4G Thoai (rich voice) Âm thanh thời gian thực VoIP, video hội nghị chất lƣợng cao Tin nhắn P2F(P2F messaging) SMS, MMS, các email ƣu tiên thấp (low priority emails) Photo các tin nhắn, IM, email di động, tin nhắn video (photo messages, IM, nobile e-mail, video messaging) Lƣớt web(browsing) Truy cập đến các dịch vụ online trực tuyến, Trình duyệt WAP thông qua GPRS và mạng 3G. (access to online information services, for which users pay standard network rates. Curently limited to WAP browsing over GPRS and 3G networks) Duyệt siêu nhanh( supper- fast browsing), uploading content to social networking sites Thông tin cƣớc phí(paid information) Ngƣời dùng trả qua hoặc trên mạng tính cƣớc chuẩn. Chính yếu là dựa trên thông tin văn bản.(contentforwhich users pay over and above standard network charges. Mainly text based information ). Tạp chí trực tuyến, dòng âm thanh chất lƣợng cao.(E- newspapers, high quality audio streaming) Riêng tƣ(personalization) Chủ yếu là âm thanh chuông(ringtone), cũng bao Âm thanh thực(thu âm gốc từ ngƣời nghệ sĩ), các trang Đồ án tốt nghiệp Trang 32 Chƣơng 2: Hệ thống 4G LTE gồm màn hình chờ (screensavers)và nhạc chờ(ring tone) web cá nhân ( realtones(original artist recordings), personalized mobile web sites) Games Tải về và chơi game trực tuyến(downloadable and online games) Kinh nghiệm game trực tuyến vững chắc qua cả mạng cố định và di động (a consistent online gaming experience across both fixed and mobile networks) Video/TV theo yêu cầu (video/TV on demand) Chạy và có thể tải video(streamed and downloadable video content) Các dịch vụ quảng bá tivi(Broadcast television service), , Tivi theo đúng yêu cầu(true on demand), dòng video chất lƣợng cao(high quality video streaming) Nhạc Tải đầy đủ các track và các dịch vụ âm thanh(full track downloads and analogue radio services ) Lƣu trữ và tải nhạc chất lƣợng cao Nội dung tin nhắn và cross media(content messaging and cross media) Tin nhắn đồng cấp sử dụng ba thành phần cũng nhƣ tƣơng tác với các media khác.(peer- to-peer messaging using third party content as well as interaction with other media) Phân phối tỷ lệ rộng của các video clip, dịch vụ karaoke, video cơ bản quảng cáo di động(wide scale distribution of video clips, karaoke services. Video-based mobile advertising) M-comerce( thƣơng mại qua điện thoại) Thực hiện các giao dịch và thanh toán qua mạng di động.(commission on Điện thoại cầm tay nhƣ thiết bị thanh toán, với các chi tiết thanh toán qua mạng tốc độ Đồ án tốt nghiệp Trang 33 Chƣơng 2: Hệ thống 4G LTE transactions (including gambling) and payment facilities undertaken over moblie networks) cao để cho phép các giao dịch thực hiện nhanh chóng ( Mobile handsets as payment devices, with payment details carried over high speed networks to enable rapid completion of transactions) Mạng dữ liệu di động(mobile data netwoking) Truy cập đến các mạng nội bộ và cơ sở dữ liệu cũng nhƣ cách sử dụng của các ứng dụng nhƣ CRM(Access to corporate intranets and database as well as the use of application such as CRM) Chuyển đổi file P2P, các ứng dụng kinh doanh, ứng dụng chia sẻ, thông tin M2M, di động intranet/extranet.(P2P file transfer, business applications, application sharing, M2M communication, mobile intranet/extranet) 2.1.6 Tình hình triển khai mạng LTE tại Việt Nam VNPT và tập đoàn viễn thông Altech Telecom (Nga) đã kí kết thỏa thuận hợp tác lập liên doanh RusViet Telecom để cung cấp dịch vụ dựa trên nền tảng công nghệ di động thế hệ tiền 4G LTE. Ngay sau khi đƣợc Bộ Thông tin và Truyền thông cấp giấy phép thử nghiệm dịch vụ công nghệ 4G, Tập đoàn Bƣu chính Viễn thông Việt Nam (VNPT) đã nỗ lực khẩn trƣơng triển khai và lắp đặt thành công trạm BTS công nghệ LTE đầu tiên tại Việt Nam vào ngày 10/10/2010. VNPT là một trong năm doanh nghiệp đƣợc Bộ Thông tin và Truyền thông cấp giấy phép thử nghiệm dịch vụ công nghệ 4G với thời hạn giấy phép là 1 năm. Ngay sau Đồ án tốt nghiệp Trang 34 Chƣơng 2: Hệ thống 4G LTE khi có đƣợc giấy phép này, VNPT đã khẩn trƣơng tiến hành thực hiện dự án thử nghiệm cung cấp dịch vụ vô tuyến băng rộng công nghệ LTE. Chỉ sau 39 ngày nỗ lực triển khai với sự ủng hộ của các cơ quan quản lí Nhà nƣớc, vào ngày 10/10 vừa qua, trạm BTS LTE đầu tiên đã đƣợc lắp đặt. Đây không chỉ là trạm BTS công nghệ LTE đầu tiên ở Việt Nam mà còn là đầu tiên trong khu vực các nƣớc Đông Nam Á. Trạm BTS công nghệ LTE này đƣợc đặt tại nhà Internet, lô 2A, làng Quốc tế Thăng Long, Cầu Giấy, Hà Nội (trụ sở của công ty Điện toán và truyền số liệu VDC). Với tốc độ truy cập Internet lên đến 60Mb/s, dịch vụ truy cập Internet vô tuyến LTE hứa hẹn sẽ mang tới cho khách hàng các ứng dụng đòi hỏi băng thông lớn nhƣ video, HDTV, giải trí trực tuyến,… Theo dự kiến, giai đoạn 1 dự án thử nghiệm cung cấp dịch vụ vô tuyến băng rộng công nghệ LTE của VNPT-VDC sẽ phủ sóng toàn bộ khu vực Hà Nội trƣớc ngày 26/10, ngày khai mạc hội nghị thƣợng đỉnh về Thƣơng mại và Đầu tƣ ASEAN (ASEAN-BIS) 2010. Hình 2.5 Bộ thu phát sóng Đồ án tốt nghiệp Trang 35 Chƣơng 2: Hệ thống 4G LTE Hình 2.6 Hệ thống mạng lõi 2.2 Cấu trúc mạng Nhƣ đã đề cập, LTE đƣợc thiết kế để hỗ trợ cho các dịch vụ chuyển mạch gói, đối lập với chuyển mạch kênh truyền thống. Nó hƣớng đến cung cấp các kết nối IP giữa các UE (User Equipment) và PDN (Packet Data Network), mà không có bất kì sự ngắt quãng nào đối với những ứng dụng của ngƣời dùng trong suốt quá trình di chuyển. Trong khi thuật ngữ LTE đề cập quanh sự tiến triển việc truy cập vô tuyến thông qua E-UTRAN (Evolved-UTRAN), nó còn đƣợc kết hợp cùng với các phƣơng diện cải tiến “ không vô tuyến” dƣới thuật ngữ SAE (System Architecture Evolution)_bao gồm mạng lõi gói cải tiến EPC (Evolved Packet Core). LTE cùng với SAE tạo thành hệ thống gói cải tiến EPS (Evolved Packet System). Đồ án tốt nghiệp Trang 36 Chƣơng 2: Hệ thống 4G LTE Hình 2.7 Sự chuyển đổi trong cấu trúc mạng từ UTRAN sang E-UTRAN Hình 2.7 cho thấy các thành phần chính của một mạng lõi và mạng truy nhập vô tuyến LTE. So sánh với UMTS, mạng vô tuyến ít phức tạp hơn. Mục đích chính của LTE là tối thiểu hóa số Node. Vì vậy, ngƣời ta đã quyết định rằng các RNC nên đƣợc gỡ bỏ, và chức năng của chúng đã đƣợc chuyển một phần sang các trạm cơ sở và một phần sang nút Gateway của mạng lõi. Để phân biệt với các trạm cơ sở UMTS, các trạm cơ sở của LTE đƣợc gọi là Enhanced NodeB (eNodeB). Bởi vì không còn phần tử điều khiển ở trung ƣơng trong mạng vô tuyến nữa nên giờ đây các trạm cơ sở thực hiện chức năng quản lí dữ liệu truyền tải một cách tự lập, và bảo đảm chất lƣợng dịch vụ. Tuy nhiên các RNC vẫn điều khiển các kênh truyền tải dành cho dịch vụ thoại chuyển kênh. Đồ án tốt nghiệp Trang 37 Chƣơng 2: Hệ thống 4G LTE Hình 2.8 Cấu trúc EPS EPS dùng khái niệm “EPS bearers” tạm dịch là thông báo EPS để định tuyến IP từ Gateway trong PDN đến UE. Một thông báo là một gói IP đƣợc gọi là QoS (Quality of Service) giữa Gateway và UE. Hình 2.9 Các thành phần trong mạng EPS EPS cung cấp cho ngƣời dùng một kết nối IP đến một PDN để truy cập Internet, cũng nhƣ là thực thi các dịch vụ nhƣ VoIP. Một thông báo EPS điển hình đƣợc kết hợp với một QoS. Nhiều thông báo có thể đƣợc thiết lập cho một ngƣời dùng để cung cấp nhiều dòng QoS khác nhau hoặc để kết nối đến các PDN khác nhau. Ví dụ Đồ án tốt nghiệp Trang 38 Chƣơng 2: Hệ thống 4G LTE nhƣ, ngƣời dùng vừa thực hiện cuộc gọi VoIP, vừa duyệt Web hoặc download FTP (File Transfer Protocol). Một thông báo VoIP sẽ cung cấp QoS cần thiết cho cuộc gọi thoại, trong khi một thông báo best-effort sẽ thích hợp cho duyệt Web hoặc phiên FTP. Hình 2.9 chỉ ra một cấu trúc mạng EPS bao gồm nhiều thành phần mạng và các giao diện chuẩn. Ở tầng cao, mạng gồm có Core Network CN (EPC) và mạng truy cập E-UTRAN. Trong khi CN bao gồm những nút vật lí thì mạng truy cập chỉ có một nút duy nhất, đó là eNodeB (evolved NodeB), phần tử kết nối đến các UE. Mỗi phần tử sẽ kết nối với các phần tử khác thông qua những giao diện chuẩn cho phép tƣơng kết. 2.2.1 Mạng lõi Mạng lõi CN (đƣợc gọi là EPC trong SAE) đáp ứng cho việc điều khiển UE và thiết lập các thông báo. Các Node chính của EPC:  PDN Gateway (P-GW)  Serving Gateway (S-GW)  Mobility Management Entity (MME) Đồ án tốt nghiệp Trang 39 Chƣơng 2: Hệ thống 4G LTE Hình 2.10 Phân chia chức năng giữa E-UTRAN và EPC Ngoài các Node này, EPC cũng gồm có những Node và chức năng vật lí khác nhƣ HSS (Home Subscriber Server) và PCRF (Policy Control Charging Rules Function). Chức năng:  PCRF: chịu trách nhiệm việc điều khiển chính sách ra quyết định cũng nhƣ điều khiển các thực thể trong PCEF (Policy Control Enforcement Function)_thƣờng trú trong P-GW. PCRF cấp phép cho QoS quyết định cách thức một dòng dữ liệu hoạt động trong PCEF và đảm bảo phù hợp thuê bao ngƣời dùng.  HLR (Home Location Register): HLR chứa dữ liệu thuê bao ngƣời dùng. Nó cũng giữ thông tin về các PDN mà ngƣời dùng có thể kết nối. Ngoài ra, HLR còn nắm giữ thông tin động nhƣ là việc nhận dạng ngƣời dùng đang đăng kí của MME. HLR còn tích hợp AuC (Authentication Centre)_phần tử phát mã bảo vệ và cấp phép. Đồ án tốt nghiệp Trang 40 Chƣơng 2: Hệ thống 4G LTE  P-GW: chịu trách nhiệm định vị địa chỉ IP cho UE, cũng nhƣ thực thi QoS từ PCRF. PCRF sẽ lọc các gói IP hƣớng xuống ngƣời sử dụng trong các thông báo QoS khác nhau.  S-GW: tất cả các gói IP ngƣời dùng đƣợc chuyển đi thông qua S-GW, S-GW nhƣ một trạm di động địa phƣơng cung cấp các thông báo dữ liệu khi UE di chuyển giữa các eNodeB. Nó cũng giữ lại thông tin về các thông báo khi UE trong tình trạng rỗi và làm bộ đệm tạm thời cho dữ liệu hƣớng xuống trong khi MME bắt đầu nhắn tin thông báo thiết lập lại đến UE. Thêm vào đó, S-GW còn thực hiện các chức năng điều khiển trong mạng khách nhƣ là thu thập thông tin để tính cƣớc (ví dụ nhƣ lƣu lƣợng dữ liệu gửi và nhận từ ngƣời dùng). Nó cũng cung cấp các trạm di động để kết nối liên mạng với các kĩ thuật khác của 3GPP nhƣ GPRS và UMTS.  MME: điều khiển các Node xử lí tín hiệu giữa UE và CN. Giao thức giữa UE và CN là Non-Access Stratum (NAS). Chức năng chính của MME đƣợc phân loại nhƣ sau :  Các chức năng liên quan đến quản lí thông báo : chức năng này bao gồm thiết lập, duy trì và gởi đi các thông báo và đƣợc điều khiển bởi lớp quản lí phiên trong giao thức NAS.  Các chức năng liên quan đến quản lí kết nối : bao gồm việc kết nối và bảo mật giữa mạng và UE đƣợc điều khiển bởi lớp quản lí tính di động hoặc kết nối trong giao thức NAS. Các thủ tục lớp không truy cập NAS (Non-Acess Stratum). Các thủ tục NAS là các thủ tục quản lí kết nối đặc biệt, về cơ bản giống với UMTS. Sự khác biệt chính với UMTS là EPS cho phép ghép nối nhiều thủ tục để sự thiết lập của các kết nối và thông báo nhanh hơn. Đồ án tốt nghiệp Trang 41 Chƣơng 2: Hệ thống 4G LTE 2.2.2 Mạng truy cập E-UTRAN là một cấu trúc phẳng. Các eNodeB kết nối với nhau thông qua các đƣờng giao tiếp X2, và kết nối với EPC bằng đƣờng giao tiếp S1. Mạng truy cập của LTE, E-UTRAN, đơn giản bao gồm một mạng lƣới các eNodeB nhƣ hình 2.7. Các trạm cơ sở giờ đây còn chịu trách nhiệm thực hiện các cuộc chuyển giao cho các UE tích cực. Vì mục đích này, giờ đây các eNodeB có thể liên lạc trực tiếp với nhau thông qua các đƣờng giao tiếp X2. Các đƣờng giao tiếp này đƣợc dùng để chuẩn bị những cuộc chuyển giao và cũng có thể đƣợc dùng để gửi chuyển tiếp dữ liệu ngƣời dùng (các gói IP) từ mạng cơ sở hiện tại sang mạng cơ sở mới để giảm thiểu dữ liệu ngƣời dùng thất thoát trong quá trình chuyển giao. Bởi lẽ các đƣờng giao tiếp X2 không bắt buộc phải có, nên các trạm cơ sở cũng có khả năng liên lạc với nhau thông qua Gateway truy cập để chuẩn bị các cuộc chuyển giao. Tuy nhiên trong trƣờng hợp này, dữ liệu ngƣời dùng không đƣợc chuyển tiếp trong quá trình chuyển giao. Điều đó nghĩa là một số dữ liệu đã đƣợc mạng gửi đi tới trạm cơ sở hiện tại có thể thất thoát, bởi vì sau khi một quyết định chuyển giao đƣợc thực hiện, nó phải đƣợc thi hành càng nhanh càng tốt trƣớc khi đƣờng truyền vô tuyến mất đi. Không giống trong UMTS, các mạng vô tuyến LTE chỉ thực hiện các cuộc chuyển giao cứng, tức là vào mỗi thời điểm chỉ có một cell liên lạc với UE. Đƣờng giao tiếp nối các eNodeB với các nút gateway giữa mạng vô tuyến và mạng lõi là đƣờng S1. Nó hoàn toàn dựa trên giao thức IP, nên không biết gì về công nghệ vận chuyển tầng thấp cả. Đây là một khác biệt lớn với UMTS. Trong UMTS, các đƣờng giao tiếp giữa các NodeB, các RNC và SGSN nhất thiết dựa trên giao thức ATM dành cho các tầng thấp. Giữa RNC và NodeB, IP không hề đƣợc dùng cho việc gửi chuyển tiếp các gói. Tuy cho phép đồng bộ hóa dễ hơn giữa các nút, song việc cần phải sử dụng ATM để vận chuyển dữ liệu trên các tầng thấp khiến kết cấu không linh hoạt và phức tạp. Trong những năm gần đây, tình hình này càng tệ hơn do nhu cầu thông lƣợng tăng cao không còn phù hợp với những đƣờng truyền ATM trên các kênh E1 2 Mbit/s nữa. Vì vậy, chuẩn UMTS sau này đã đƣợc cải tiến Đồ án tốt nghiệp Trang 42 Chƣơng 2: Hệ thống 4G LTE để cũng dùng IP làm một giao thức vận chuyển giữa mạng lõi và trạm cơ sở. Nhƣng LTE thì ngay lúc bắt đầu đã hoàn toàn dựa trên vận chuyển IP trên mạng vô tuyến. Các trạm cơ sở đƣợc trang bị những cổng Ethernet 100 Mbit/s hoặc 1Gbit/s quen thuộc trong thế giới PC, hoặc các cổng cáp quang Gigabit Ethernet. Giao thức giữa các eNodeB và UE là giao thức lớp truy cập AS (Access Stratum). E-UTRAN chịu trách nhiệm về các chức năng liên quan đến vô tuyến, gồm có :  Quản lí nguồn tài nguyên vô tuyến.  Nén Header.  Bảo mật.  Kết nối với EPC. Về phƣơng diện mạng, mỗi EnodeB sẽ quản lí một số lƣợng cell nhất định. Khác với 2G hay 3G, LTE tích hợp chức năng bộ điều khiển vô tuyến trong eNodeB. Điều này cho phép sự tƣơng tác thích hợp giữa những lớp giao thức khác nhau của mạng truy cập vô tuyến, vì vậy có thể giảm trễ và cải thiện hiệu suất. Việc điều khiển phân phối sẽ tránh đƣợc tình trạng đòi hỏi một bộ điều khiển xử lí chuyên sâu, do đó, sẽ giảm giá thành. Hơn nữa, khi LTE không hỗ trợ chuyển giao mềm thì không cần chức năng liên kết dữ liệu tập trung trong mạng. 2.2.3 Đƣờng giao tiếp giữa mạng lõi với mạng truy cập vô tuyến Nhƣ trong hình 2.9, nút Gateway giữa mạng truy nhâp vô tuyến và mạng lõi đƣợc phân ra thành hai thực thể luận lí: Serving Gateway (Serving-GW) và Mobility Manager Entity (MME). Kết hợp với nhau, chúng thực hiện những công việc tƣơng tự nhƣ SGSN (Serving GPRS Support Node) trong các mạng UMTS. Trong thực tế, cả hai thành phần luận lí này có thể đƣợc thực hiện trên cùng một thiết bị phần cứng hoặc có thể đƣợc tách ra để có thể tăng giảm kích cỡ độc lập với nhau. Bởi vì đƣờng giao tiếp S1 đƣợc dùng cho cả dữ liệu ngƣời dùng (nối với Serving_GW) lẫn dữ liệu báo hiệu (nối với MME), nên kiến trúc của các giao thức Đồ án tốt nghiệp Trang 43 Chƣơng 2: Hệ thống 4G LTE tầng cao hơn đƣợc phân ra thành hai bộ giao thức khác biệt: S1-C và S1-U. Giao thức S1-C (điều khiển) đƣợc dùng để trao đổi các thông điệp điều khiển giữa một UE và MME. Nhƣ đƣợc trình bày bên dƣới, các thông điệp này đƣợc trao đổi qua các kênh “non-IP” đặc biệt trên giao tiếp vô tuyến rồi sau đó đƣợc eNodeB đặt vào trong các gói IP trƣớc khi chúng đƣợc gửi chuyển tiếp đến MME. Tuy nhiên, dữ liệu ngƣời dùng đã đƣợc truyền với tính cách các gói IP qua giao tiếp vô tuyến, và chúng đƣợc gửi chuyển tiếp qua giao thức S1-U (ngƣời dùng) đến Serving-GW. Nếu MME và Serving-GW đƣợc thực hiện riêng biệt, đƣờng giao tiếp S11 sẽ đƣợc dùng để liên lạc giữa hai thực thể đó. Cần có sự liên lạc giữa hai thực thể đó, ví dụ nhƣ để tạo ra các kênh truyền khi ngƣời dùng nối vào mạng, hoặc để sửa đổi một đƣờng hầm khi một ngƣời dùng nào đó di chuyển từ cell này sang cell khác. Không giống nhƣ các mạng vô tuyến không dây trƣớc đó, khi một Gateway của mạng truy nhập (SGSN) chịu trách nhiệm đối với một số RNC nhất định và mỗi RNC đến lƣợt nó lại chịu trách nhiệm đối với một số trạm cơ sở nhất định, đƣờng giao tiếp S1 hậu thuẫn một kiến trúc nối kết mắc lƣới (mesh). Thế có nghĩa là không phải chỉ một mà là vài MME và Serving-GW có thể liên lạc với từng eNodeB, và số lƣợng MME và Serving-GW có thể khác biệt. Điều này làm giảm số lƣợng các cuộc chuyển giao liên-MME khi ngƣời dùng di chuyển, và cho phép số lƣợng MME phát triển độc lập với số lƣợng Serving-GW, bởi vì dung lƣợng của MME lệ thuộc vào tải trọng báo hiệu, còn dung lƣợng của Serving-GW lệ thuộc vào tải trọng dữ liệu truyền của ngƣời dùng. Những dung lƣợng này có thể phát triển khác nhau qua thời gian. Một kiến trúc mắt lƣới của giao tiếp S1 cũng bổ sung tính dự phòng cho mạng. Nếu một MME hỏng, thì một MME thứ hai có thể tự động tiếp quản nếu nó đƣợc cấu hình để phục vụ những cell giống nhƣ MME kia. Tác hại duy nhất của một cơ chế khôi phục tự động khi gặp hỏng hóc nhƣ vậy là, những ngƣời dùng đƣợc phục vụ bởi MME hỏng phải đăng kí lại với mạng. Những khả năng mắt lƣới của giao tiếp S1 đƣợc dùng trong thực tế nhƣ thế nào là tùy thuộc vào chính sách của các nhà cung cấp dịch vụ mạng và vào kiến trúc của mạng vận chuyển bên dƣới. Đồ án tốt nghiệp Trang 44 Chƣơng 2: Hệ thống 4G LTE 2.2.4 Đƣờng giao tiếp với cơ sở dữ liệu ngƣời dùng Một đƣờng giao tiếp quan trọng nữa trong các mạng lõi LTE là đƣờng giao tiếp S6 nối giữa các MME và cơ sở dữ liệu lƣu trữ thông tin thuê bao. Trong UMTS/GPRS/GSM, cơ sở dữ liệu này đƣợc gọi là HLR (Home Location Register). Trong LTE, HLR đƣợc sử dụng lại và đƣợc đổi tên thành HSS (Home Subscriber Server). Về cơ bản, HSS là một HLR cải tiến, và chứa thông tin thuê bao cho GSM, GPRS, UMTS, LTE. Đƣờng giao tiếp S6 dùng giao thức Diameter dựa trên IP. HSS là một cơ sở dữ liệu kết hợp, và nó đƣợc sử dụng đồng thời bởi các mạng GSM, UMTS và LTE thuộc cùng một nhà cung cấp dịch vụ mạng. Vì thế, ngoài đƣờng giao tiếp S6 dành cho LTE ra, nó tiếp tục hậu thuẫn đƣờng giao tiếp MAP truyền thống. 2.2.5 Cấu trúc chuyển vùng Roaming Hình 2.11 Cấu trúc chuyển vùng truy cập với P-GW trong mạng nhà Một mạng hoạt động trong một quốc gia đƣợc gọi là mạng di động mặt đất công cộng PLMN (Public Land Mobile Network). Chuyển vùng, nơi ngƣời dùng đƣợc cho phép kết nối đến các PLMN khác, là một điểm nổi bật của mạng di động, và LTE/SAE cũng không phải là ngoại lệ. Khi ngƣời sử dụng chuyển vùng, họ sẽ đƣợc Đồ án tốt nghiệp Trang 45 Chƣơng 2: Hệ thống 4G LTE kết nối đến E-UTRAN, MME và S-GW của mạng LTE khách. Tuy nhiên, LTE/SAE chỉ cho phép sử dụng P-GW hoặc của mạng khách hoặc của mạng nhà. Sử dụng P-GW mạng nhà cho phép ngƣời sử dụng truy cập các dịch vụ của mạng nhà ngay khi đang ở trong mạng khách. Một P-GW trong mạng khách cho phép một „„ngắt cục bộ‟‟ (local breakout) đối với mạng Internet trong mạng khách. 2.2.6 Kết nối với các mạng khác EPS cũng hỗ trợ kết nối và chuyển giao với các mạng dùng kĩ thuật truy cập vô tuyến khác nhƣ GSM, UMTS, CDMA2000 và WIMAX. Kiến trúc đó đƣợc chỉ ra trên hình Hình 2.12 Kiến trúc liên mạng với 3G UMTS S-GW hoạt động nhƣ một trạm di động (mobility anchor) dùng để kết nối với các kĩ thuật 3GPP nhƣ GSM và UMTS trong khi P-GW cho phép kết nối với các mạng không phải của 3GPP nhƣ CDMA 2000 hay WIMAX. Đồ án tốt nghiệp Trang 46 Chƣơng 2: Hệ thống 4G LTE 2.3 Kiến trúc giao thức 2.3.1 Mặt phẳng ngƣời dùng Một gói IP của UE đƣợc đóng gói trong một EPC-giao thức và đƣờng hầm cụ thể giữa P-GW và eNodeB- để truyền đến UE. Các giao thức xuyên hầm khác nhau đƣợc dùng với các đƣờng giao tiếp khác nhau. Một giao thức xuyên hầm trong 3GPP gọi là giao thức xuyên hầm GPRS (GPRS Tunnelling Protocol) đƣợc sử dụng trong các đƣờng giao tiếp của mạng lõi, S1 và S5/S8. Giao thức mặt phẳng ngƣời dùng E-UTRAN có màu xám nhƣ hình 2.13, bao gồm các lớp con PDCP (Packet Data Convergence Protocol), RLC (Radio Link Control) và MAC (Medium Access Control). Hình 2.13 Ngăn xếp giao thức mặt phẳng người dùng của E-UTRAN Điều khiển dữ liệu trong suốt quá trình chuyển giao: do thiếu Node điều khiển trung tâm, việc đệm dữ liệu trong suốt quá rình chuyển giao phụ thuộc vào tính di động ngƣời dùng trong suốt quá trình chuyển giao phải đƣợc thực hiện bởi chính eNodeB. PDCP chịu trách nhiệm bảo vệ dữ liệu trong suốt quá trình chuyển giao. Cả hai lớp RLC và MAC bắt đầu lại từ đầu trong một cell mới sau khi chuyển giao. Đồ án tốt nghiệp Trang 47 Chƣơng 2: Hệ thống 4G LTE 2.3.2 Mặt phẳng điều khiển Hình 2.14 Ngăn xếp giao thức mặt phẳng điều khiển của E-UTRAN Vùng màu xám chỉ ra các giao thức tầng truy cập. Các lớp thấp hơn hoạt động với cùng chức năng nhƣ bên mặt phẳng ngƣời dùng, chỉ khác ở chỗ là không nén Header. Giao thức RRC đƣợc biết đến nhƣ giao thức lớp 3 trong tầng truy cập. Nó có chức năng điều khiển chính trong tầng truy cập, chịu trách nhiệm thiết lập các thông báo vô tuyến và cấu hình tất cả các lớp thấp hơn sử dụng báo hiệu RRC giữa eNodeB và UE. Đồ án tốt nghiệp Trang 48 Chƣơng 2: Hệ thống 4G LTE Hình 2.15 Kiến trúc giao thức  Trạng thái tích cực RRC Để tối thiểu hóa việc sử dụng tài nguyên trong mạng, và để tiết kiệm điện năng của pin trong các UE, LTE qui định vài trạng thái đƣờng truyền khác nhau. Trong khi dữ liệu đang đƣợc trao đổi giữa mạng và UE thì đƣờng truyền ở trạng thái tích cực RRC (RRC active). Trạng thái này có nghĩa là mạng có thể cấp phát tài nguyên cho thiết bị trên kênh dùng chung bất kì lúc nào, và dữ liệu có thể đƣợc truyền đi ngay lập tức. Thiết bị vẫn ở trong trạng thái tích cực cho dù đôi lúc không có dữ liệu nào đƣợc truyền cả, ví dụ sau khi nội dung của một trang Web đã đƣợc tải đầy đủ về thiết bị. Điều này đảm bảo rằng những cuộc truyền gói sau đó có thể diễn ra ngay lập tức, ví dụ nhƣ khi ngƣời dùng kích vào một liên kết trên trang Web đã tải, mà không cần tốn thêm công sức kiểm soát tài nguyên. Khi ở trong trạng thái tích cực đầy đủ, UE có vài dịp để làm cho bộ thu sóng của nó không còn tích cực nữa, điều vốn có ảnh hƣởng tiêu cực lên dung lƣợng của pin. Nhƣ vậy sau một thời gian không tích cực nào đó, mạng có thể quyết định kích hoạt một chế độ nhận sóng không liên tục (Discontinuous Reception Mode_DRX) trong Đồ án tốt nghiệp Trang 49 Chƣơng 2: Hệ thống 4G LTE khi UE vẫn ở trong trạng thái tích cực. Tức là UE chỉ định kì mới phải lắng nghe những thông báo cấp phát thông lƣợng hƣớng xuống và các lệnh điều khiển, còn vào tất cả những lúc khác thì có thể tắt đi bộ thu sóng của nó. Khoảng thời gian ở chế độ DRX này linh động và có thể từ vài mili-giây cho đến vài giây. Ngay cả khi trong chế độ DRX mode, tính di động của thiết bị vẫn đƣợc mạng kiểm soát. Tức là UE phải liên tục gửi những kết quả đo đạc tín hiệu về mạng khi gặp phải một ngƣỡng tín hiệu thấp hoặc cao đã qui định trƣớc cho cell hiện tại và cell kế cận. Nhƣ thế eNodeB có thể khởi phát một thủ tục chuyển giao sang một cell khác bất kì khi nào nó thấy cần thiết.  Trạng thái rỗi RRC Nếu không có gói nào đƣợc truyền trong một thời gian kéo dài, eNodeB có thể đặt đƣờng giao tiếp với ngƣời dùng vào trạng thái rỗi RRC (RRC Idle). Tức là, tuy đƣờng truyền luận lí với mạng và địa chỉ IP vẫn còn nguyên nhƣng đƣờng truyền vô tuyến thì đƣợc gỡ bỏ. MME cũng đƣợc thông báo về sự thay đổi trạng thái này, bởi vì các gói IP đến từ Internet có thể không còn đƣợc giao tới mạng vô tuyến nữa. Hệ quả là, vào lúc nhận các gói IP, MME cần gửi một thông điệp nhắn tin đến UE, dẫn đến việc thiết lập lại một đƣờng truyền vô tuyến. Trong trƣờng hợp UE cần gửi một gói IP trong khi đang ở trạng thái rỗi RRC, chẳng hạn vì ngƣời dùng vừa kích vào một liên kết trên trang Web sau một thời gian dài không tích cực, nó cũng phải yêu cầu thiết lập một đƣờng truyền vô tuyến rồi gói đó mới có thể đƣợc truyền đi. Vả lại, mạng không còn kiểm soát tính di động của những UE nào đang trong trạng thái rỗi RRC nữa, và UE đó có thể tự quyết định di chuyển từ cell này sang cell khác . Vài cell đƣợc nhóm lại thành một khu vực theo dõi. UE chỉ báo cáo một sự thay đổi cell về cho mạng nếu nó chọn một cell mà thuộc một khu vực theo dõi khác. Thế có nghĩa là mạng, hoặc cụ thể hơn là MME, phải gửi một thông điệp nhắn tin qua tất cả các cell thuộc khu vực theo dõi