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Copyright EFORT 2009 1 LTE + SAE = EPS Principes et Architecture EFORT http://w

Copyright EFORT 2009 1 LTE + SAE = EPS Principes et Architecture EFORT http://www.efort.com La LTE (Long Term Evolution of 3G) est un projet mené par l'organisme de standardisation 3GPP visant à rédiger les normes techniques de la future quatrième génération en téléphonie mobile. Elle permet le transfert de données à très haut débit, avec une portée plus importante, un nombre d’appels par cellule supérieur (zone dans laquelle un émetteur de téléphonie mobile peut entrer en relation avec des terminaux) et une latence plus faible. En théorie, elle permet d’atteindre des débits de l’ordre de 50 Mbps en lien ascendant et de 100 Mbps en lien descendant, à partager entre les utilisateurs mobiles d'une même cellule. Pour les opérateurs, la LTE implique de modifier le cœur du réseau et les émetteurs radio. Il faut également développer des terminaux mobiles adaptés. En terme de vocabulaire, le futur réseau s’appelle EPS (Evolved Packet System). Il est constitué d’un nouveau réseau d’accès appelé LTE (Long Term Evolution) et d’un nouveau réseau cœur appelé SAE (System Architecture Evolution). L’objectif de ce tutorial est de présenter la vision de bout en bout du réseau EPS avec son accès, son réseau cœur, et les entités associées. 1 Caractéristiques de l’accès LTE Débit sur l’interface radio : 100 Mbit/s descendant et 50 Mbit/s montant. L ’interface radio E-UTRAN doit pouvoir supporter un débit maximum descendant instantané (du réseau au terminal) de 100 Mbit/s en considérant une allocation de bande de fréquence de 20 MHz pour le sens descendant et un débit maximum montant instantané (du terminal au réseau) de 50 Mbit/s en considérant aussi une allocation de bande de fréquence de 20 MHz. Les technologies utilisées sont OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiple Access) pour le sens descendant et SC-FDMA (Single Carrier - Frequency Division Multiple Access) pour le sens montant. Cela correspond à une efficacité du spectre de 5 bit/s/Hz pour le sens descendant et 2,5 bit/s/Hz pour le sens montant. En considérant HSDPA à 14,4 Mbit/s avec une allocation d ’une bande de 5 MHz, l ’efficacité spectrale est de 2,9 bit/s/Hz dans le sens descendant. Avec la 3G il est nécessaire d ’allouer une bande de fréquence de 5 MHz. Avec la LTE, il est possible d ’opérer avec une bande de taille différente avec les possibilités suivantes : 1.25, 2.5, 5, 10, 15 et 20MHz, pour les sens descendant et montant. L ’intention est de permettre un déploiement flexible en fonction des besoins des opérateurs et des services qu ’ils souhaitent proposer. Connexion permanente : Principe des accès haut débit où la connectivité est permanente pour l ’accès à Internet. Même si la connexion est permanente au niveau du réseau, il est nécessaire pour le terminal de passer de l’état IDLE à l’état ACTIF lorsqu’il s’agira d’envoyer ou recevoir du trafic. Ce changement d’état s’opère en moins de 100 ms. Le réseau pourra recevoir le trafic de tout terminal rattaché puisque ce dernier dispose d’une adresse IP, mettre en mémoire ce trafic, réaliser l’opération de paging afin de localiser le terminal et lui demander de réserver des ressources afin de pouvoir lui relayer son trafic. Délai pour la transmission de données : Moins de 5 ms entre l’UE et l’Access Gateway, ceci dans une situation de non-charge où un seul terminal est ACTIF sur l’interface radio. La valeur moyenne du délai devrait avoisiner les 25 ms en situation de charge moyenne de l’interface radio. Ceci permet de supporter les services temps réel IP nativement, comme la voix sur IP et le streaming sur IP. Copyright EFORT 2009 2 Mobilité : assurée à des vitesses comprises entre 120 et 350 km/h. Le handover pourra s’effectuer (la LTE ne permet que le hard handover et non pas le soft handover) dans des conditions où l’usager se déplace à grande vitesse. Co-existence et Interfonctionnement avec la 3G : Le handover entre E-UTRAN (LTE) et UTRAN (3G) doit être réalisé en moins de 300 ms pour les services temps-réel et 500 ms pour les services non temps-réel. Il est clair qu’au début du déploiement de la LTE peu de zones seront couvertes. Il s’agira pour l’opérateur de s’assurer que le handover entre LTE et la 2G/3G est toujours possible. Le handover pourra aussi s’effectuer entre LTE et les réseaux CDMA-2000. Les opérateurs CDMA évolueront aussi vers la LTE qui devient le vrai standard de communication mobile de 4ème génération. Flexibilité dans l’usage de la bande : Comme indiqué précédemment E-UTRAN doit pouvoir opérer dans des allocations de bande de fréquence de différentes tailles incluant 1.25, 2.5, 5, 10, 15 et 20MHz. Support du multicast notamment pour les applications multimédia telles que la télévision en broadcast. Couverture de cellule importante dans les zones urbaines et rurales : Comme la LTE pourra opérer sur des bandes de fréquences diverses et notamment basses comme celle des 700 MHz (d’ailleurs choisie par les opérateurs AT&T et Verizon Wireless), il sera possible de considérer des cellules qui pourront couvrir un large diamètre). 2 Caractéristiques du réseau cœur SAE SAE (System Architecture Evolution) est le nom du projet, EPC (Evolved Packet Core) est le nom du réseau cœur évolué. EPC est un réseau cœur paquet tout IP. A la différence des réseaux 2G et 3G où l’on distinguait les domaines de commutation de circuit (CS, Circuit Switched) et de commutation de paquet (PS, Packet Switched) dans le réseau coeur, le nouveau réseau ne possède qu’un domaine paquet appelé EPC.Tous les services devront être oferts sur IP y compris ceux qui étaient auparavant offerts par le domaine circuit tels que la voix, la visiophonie, le SMS, tous les services de téléphonie, etc. EPC fonctionne en situation de roaming en mode « home routed » ou en mode « local breakout ». Lorsqu’un client est dans un réseau visité, son trafic de données est : Soit routé à son réseau nominal qui le relaye ensuite à la destination (home routed) Soit directement routé au réseau de destinataire sans le faire acheminer à son réseau nominal (local breakout). Le mode local breakout est particulièrement intéressant pour les applications temps réel telles que la voix qui ont des contraintes de délai fortes. EPC interagit avec les réseaux paquets 2G/3G et CDMA-2000 en cas de mobilité. Il est possible de faire acheminer le trafic de l’EPC vers l’accès LTE, CDMA-2000 (paquet), 2G (paquet) et 3G (paquet) et ainsi garantir le handover entre ces technologies d’accès. EPC supporte les Default bearers et Dedicated bearers. Lorsqe l’usager se rattache au réseau EPC, ce dernier lui crée un défaut bearer qui représente une connectivité permanente (maintenue tant que l’usager est rattaché au réseau) mais sans débit garanti. Lorsque l’usager souhaitera établir un appel qui requiert une certaine qualité de service telle que l’appel voix ou visiophonie, le réseau pourra établir pour la durée de l’appel un dedicated bearer qui supporte la qualité de service exigée par le flux de service et surtout qui dispose d’un débit garanti afin d’émuler le mode circuit. EPC supporte le filtrage de paquet (deep packet inspection par exemple pour la détection de virus) et une taxation évoluée (taxation basée sur les flux de service). En effet la LTE fournit des mécanismes de taxation très sophistiqués permettant de taxer le service accédé par le client sur la base du volume, de la session, de la durée, de l’événement, du contenu, etc. Copyright EFORT 2009 3 3 Caractéristiques et entités du réseau EPS L’EPS (Evolved packet System) représente l’ensemble du réseau à savoir LTE et SAE. Il a les caractéristiques suivantes : Il possède une architecture plate et simplifiée comparée à celle hiérarchique 2G/3G puisque la fonction de contrôleur d’antenne disparaît. La seule entité présente dans l’accès est l’eNodeB qui peut être assimilé à un nodeB+RNC. Il s’agit d’une architecture uniquement paquet comparée à l’architecture 2G/3G circuit et paquet. Il permet une connectivité permanente tout-IP comparée à des contextes PDP temporaires ou permanents en 2G/3G dans le domaine paquet Son interface radio est totalement partagée entre tous les usagers en mode ACTIF comparée à des ressources dédiées et partagées dans l’architecture 2G/3G. Les appels voix et visiophonie requièrent des ressources dédiées en 3G. Il permet des handover vers les réseaux 2G/3G et CDMA/CDMA2000 afin d’assurer des communications sans couture en environnement hétérogène. Les grandes fonctions assurées par l’EPS sont les: • Fonctions de contrôle d’accès réseau : Elle permettent d’authentifier l’usager lorsque ce dernier s’attache au réseau, met à jour sa tracking area, et demande des ressources pour ses communications. Elles permettent aussi de réaliser la taxation de l’usager en fonction de l’usage des ressources et en fonction des flux de service émis et reçus. Elle permettent enfin de sécuriser les flux de signalisation et les flux média des usagers en les encryptant entre l’UE et l’eNodeB. • Fonctions de gestion de la mobilité : Elle permettent à l’UE de s’attacher, de se détacher et de mettre à jour sa tracking area. • Fonctions de gestion de session : Elles permettent d’établir des default bearers et des dedicated bearers uploads/Ingenierie_Lourd/ lte-sae-efort.pdf