Voice over IP

LTE
(Long Term Evolution)
André-Luc BEYLOT
ENSEEIHT
Département Télécommunications et Réseaux
PLAN GENERAL

Introduction et Motivations

Architecture Protocolaire et Interfaces

Réseau d ’accès radio : E-UTRAN

Réseau cœur : Evolved Packet Core (EPC)

Interconnexion

Evolutions
2
Introduction et Motivations

Constat :

Les systèmes 3G victimes de leur succès ?




Applications nécessitant de plus en plus de débit



Lenteur initiale (promesses non tenues)
Améliorations très nettes vers 2005 (HSDPA – 3G+)
Trafic multiplié par 10 en 2007 et par 50 en 2008
Streaming video
Terminaux de plus en plus variés et nombreux (92 M en
2007, 460 M prévus en 2012)
Caractéristiques LTE :



Augmentation du débit
Simplification des architectures
Interopérabilité (vers la 4G) – pré 4G
3
Normalisation


Début : RAN LTE Toronto, Nov. 2004
Groupes de travaux






Standard détaillé : de Juin 2007 à début 2009


TR faisabilité système (Dec 2004 – Juin 2006)
TR 25.913: Exigences de l’E-UTRAN
TR 25.813: Aspects protocolaires de l’interface radio EUTRA
et EUTRAN
TR 25.814: Couche Physique de l’E-UTRA
TR 25.912: Faisabilité de l’ Evolved UTRA et de l’ E-UTRAN
3GPP Release 8 : LTE + SAE (Service Architecture Evolution)
Déploiement des premiers produits … 2010
4
Exigences (3GPP TR 25.913)

Services :




Radio :





Prise en charge de la VoIP
Débits crête plus grands (e.g. 100 Mbit/s DL, 50 Mbit/s UL)
délai U-Plane /C-Plane: temps de transit (<10ms); mise en
place des « tuyaux » (<100ms)
Amélioration de l’efficacité spectrale
Bande Passante adaptable - 1.25, 1.6, 2.5, 5, 10, 15, 20 MHz
Baisse de la complexité dans le réseau RAN (architecture,
protocoles de signalisation)
Rationalisation du réseau cœur : tout IP
Compatibilité :


Interopérabilité avec les réseaux 3G +stratégie de migration
5
Interopérabilité avec d’autres réseaux : WiFi, WiMax
Services
Source: Analysis Research/UMTS Forum 2007]
6
Description générale
MME : Mobility Multimedia Entity
7
Principales interfaces normalisées
8
Architecture Générale
9
Architecture Protocolaire
Plan - C
Plan - U
Non Access Stratum gère : mobilité, sécurité, session (appels)
10
Couche PHY
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Couche Physique

Lien descendant : OFDM / OFDMA




nombre de sous-porteuses augmente avec la bande passante
(76 ... 1201)
ordonnancement sélectif des fréquences DL (i.e. OFDMA)
Modulation et codage adaptatif (QPSK, 16-QAM, 64-QAM)
Lien Montant : SC-FDMA (Single Carrier - Frequency
Division Multiple Access)

Sensiblement OFDMA
12
Protocoles interface Uu – Plan U
13
Canaux



Canaux de Transport
 Pour réduire la complexité de l’architecture protocolaire du
LTE, le nombre de canaux de transport a été réduit. Il n’y a
plus de canaux dédiés : on les partage (cf. HSPA)
Canaux de transport : voie descendante
 Broadcast Channel (BCH)
 Downlink Shared Channel (DL-SCH)
 Paging Channel (PCH)
 Multicast Channel (MCH)
Canaux de transport : voie montante
 Uplink Shared Channel (UL-SCH)
 Random Access Channel (RACH)
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Canaux











Canaux Logiques
Canaux de contrôle vs. données
Mise en correspondance
Canaux de contrôle
Broadcast Control Channel (BCCH)
Paging Control Channel (PCCH)
Common Control Channel (CCCH)
Multicast Control Channel (MCCH)
Dedicated Control Channel (DCCH)
Canaux de données
Dedicated Traffic Channel (DTCH)
Multicast Traffic Channel (MTCH)
15
Cross-Layering
16
ARQ et HARQ


HARQ :
 Utilisation conjointe FEC + ARQ
 En parallèle : utilisation de N Send-And-Wait HARQ
 HARQ utilise des ACKs/NACKs : à des dates prévues
 Retransmissions synchrones (UL) ou asynchrones (DL)
en nombre limité
ARQ :



Retransmission des RLC SDUs (paquets IP)
Fondées sur des interactions HARQ/ARQ
Interactions HARQ/ARQ

ARQ utilise des informations en provenance de HARQ sur
l’état de transmission/réception d’un bloc de transport
17
Principe HARQ + ARQ
18
Overhead
19
Gestion de la Mobilité
20
Handover Intra-LTE


Contrôlé par le réseau : décision prise par l’ENB source
Phase de Préparation :




Mise en place





Choix de l’eNodeB cible auquel on envoie le contexte avant la
commande de HO
Approche : Break before make
core network non impliqué dans la phase de préparation
Relayage temporaire des données (plan-U) de l’ENB-source
vers l’ENB-cible
Changement de chemin au niveau de la GW après
établissement nouvelle connexion entre l’UE et l’ENB-cible
Pas de mémorisation au niveau de la GW
Performance : interruption courte (~ 30ms)
21
Handover Intra-LTE
22
Evolved Packet System et QoS
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EPS Bearers

« EPS bearer » : ensemble de flux dont les paquets
recevront le même traitement dans le réseau EPS :



GBR (Guaranteed bit-rate) vs non-GBR



Ordonnancement, shaping …
Associé à 1 procédure de signalisation (fonction d’admission)
permettant de l’établir afin de garantir de la QoS
les bearers à débit garanti ne subiront pas les phénomènes
de congestion ni les pertes.
On peut modifier les débits des GBR ; on les ferme dès que
l’on n’en a plus besoin
Bearer dédié et par défaut :


Un bearer est utilisable par défaut (aucune garantie)
En cas de besoin on peut établir les GBR dédiés
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QoS


QCI : indique la classe (pas les valeurs)
ARP = Allocation and Retention Priority:




Fait référence au plan contrôle ; permet de déterminer les
flux à supprimer en cas de problème ; la possibilité ou non de
changer les paramètres au cours de la vie du flux
MBR et GBR : uniquement pour les bearers GBR (dans la
version courante MBR = GBR)
AMBR = aggregate maximum bit rate pour les bearers non
GBR
REMARQUE : le contrôle de la QoS peut être à l’initiative
du terminal … ou du réseau (en inspectant les paquets)
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Mécanismes de QoS
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Scénarios de déploiements et
évolutions


Il est probable que le service de VoIP ne soit pas pris en
charge dans un premier temps (on se servira du réseau
2G/3G sous-jacent)
Interopérabilités avec les autres réseaux :



Autres réseaux 3GPP pas le plus dur
Avec les réseaux autres que 3GPP : + difficile
OPTION MOBILITE
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Scénarios de déploiements et
évolutions

Vers le LTE-Advanced 4G : débit jusqu’à 1Gb/s

MIMO

Agrégation de porteuses

Relay Nodes
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