CHƯƠNG 2: KIẾN TRÚC GIAO DIỆN VÔ TUYẾN LTE
2.3 Các giao thức mặt bằng điều khiển
Các giao thức mặt bằng điều khiển chịu trách nhiệm thiết lập kết nối, tính di động, và bảo mật. Những bản tin điều khiển được truyền từ mạng đến các điểm đầu
cuối có thể bắt nguồn từ MME nằm trong mạng lõi (core network), hoặc bắt nguồn từ lớp điều khiển tài nguyên vô tuyến (RRC) nằm ở eNodeB.
Chức năng mặt phẳng điều khiển NAS được xử lý bởi MME bao gồm quản lý kênh mang EPS, xác thực, bảo mật, và những thủ tục khác nhau ở chế độ nghỉ (idle- mode) chẳng hạn như nhắn gọi (paging). Chức năng này chịu trách nhiệm gán một địa chỉ IP cho một thiết đầu cuối.
RRC nằm trong eNodeB và chịu trách nhiệm xử lý những thủ tục liên quan đến RAN sau:
• Quảng bá thông tin hệ thống cần thiết cho thiết bị đầu cuối có thể giao tiếp với một ô (cell).
• Truyền tải các bản tin nhắn gọi (paging message) xuất phát từ MME để thông báo cho thiết bị đầu cuối về những yêu cầu kết nối đến. Nhắn gọi (paging) sẽ được sử dụng trong trạng thái RRC_IDLE khi thiết bị đầu cuối không được kết nối với một ô cụ thể. Việc chỉ ra những bản cập nhật thông tin hệ thống là một cách sử dụng khác của cơ chế nhắn gọi, điều này giống như là những hệ thống cảnh báo công cộng.
• Quản lý kết nối bao gồm quá trình thiết lập các kênh mang (bearers) và tính di động trong LTE. Điều này bao gồm việc thiết lập một ngữ cảnh RRC - đó là cấu hình nên các thông số cần thiết cho quá trình giao tiếp giữa thiết bị đầu cuối và mạng truy nhập vô tuyến.
• Các chức năng di động như quá trình lựa chọn (hoặc lựa chọn lại) ô.
• Cấu hình đo lường và báo cáo.
• Xử lý các khả năng UE; khi kết nối được thiết lập, thiết bị đầu cuối sẽ thông báo khả năng của nó khi mà tất cả các thiết bị đầu cuối không có khả năng hỗ trợ toàn bộ chức năng mô tả trong các thông số kỹ thuật LTE.
Bản tin RRC được truyền đến thiết bị đầu cuối bằng cách sử dụng kênh mang vô tuyến báo hiệu (SRBs), sử dụng cùng bộ các lớp giao thức (PDCP, RLC, MAC và PHY) như mô tả trong Phần 2.2. SRB được ánh xạ đến các kênh điều khiển chung (CCCH) trong quá trình thiết lập kết nối và một khi đó kết nối được thiết lập cho kênh
điều khiển riêng (DCCH). Mặt phẳng điều khiển và mặt phẳng người dùng có thể được ghép trong lớp MAC và được truyền đến thiết bị đầu cuối trong cùng khoảng thời gian TTI. Các yếu tố điều khiển MAC nói trên có thể cũng được sử dụng để điều khiển các tài nguyên vô tuyến trong các trường hợp cụ thể ở đó độ trễ thấp là quan trọng hơn mã hóa, bảo vệ toàn vẹn, và sự truyền tải tin cậy.
2.3.1 Cơ chế trạng thái (State machine)
Trong LTE, một thiết bị cầu cuối có thể ở trong hai trạng thái khác nhau (như minh họa trong Hình 2.13) là RRC_CONNECTED và RRC_IDLE.
Hình 2. Các trạng thái LTE
Trong trạng thái RRC_CONNECTED, có một ngữ cảnh RRC được thiết lập – đó là các thông số cần thiết cho quá trình giao tiếp giữa thiết bị đầu cuối và mạng truy nhập vô tuyến được báo tới cả hai thực thể. Ô mà thiết bị đầu cuối nằm trong như một sự định danh thiết bị đầu cuối, Cell Radio-Network Temporary Identifier(C-RNTI) (C-RNTI) dùng cho các mục đính báo hiệu giữa thiết bị đầu cuối và mạng đã được cấu hình. RRC_CONNECTED nhằm mục đích truyền dữ liệu đến/từ thiết bị đầu cuối, nhưng sự thu nhận không liên tục (DRX) có thể được cấu hình để giảm tiêu thụ năng lượng đầu cuối. Bởi vì có một ngữ cảnh RRC được thiết lập trong eNodeB trong RRC_CONNECTED, nên việc rời bỏ DRX và bắt đầu nhận/truyền dữ liệu tương đối nhanh khi không có sự kết nối nào với tín hiệu liên quan được yêu cầu.
Mặc dù được mô tả khác nhau trong các thông số kỹ thuật nhưng có thể coi RRC_CONNECTED có hai trạng thái phụ là IN_SYNC và OUT_OF_SYNC, phụ thuộc vào việc đường lên (uplink) có đồng bộ với mạng hay là không. Do LTE sử dụng một đường lên dựa vào TDMA/FDMA trực giao nên điều cần thiết là phải đồng
bộ hóa các truyền dẫn đường lên từ các thiết bị đầu cuối khác để cho những thiết bị này đến được máy thu cùng một thời điểm. Nói tóm lại, máy thu đo thời gian xuất hiện của các truyền dẫn từ mỗi thiết bị đầu cuối truyền tích cực và gửi những mệnh lệnh hiệu chỉnh thời gian trong đường xuống (downlink). Nếu đường lên được đồng bộ hóa, việc truyền dẫn đường lên dữ liệu người sử dụng và việc truyền tín hiệu điều khiển L1/L2 là có thể. Nếu không có truyền dẫn đường lên nào diễn ra trong cửa sổ thời gian cấu hình, việc hiệu chỉnh thời gian là không thể và đường lên được coi là không đồng bộ. Trong trường hợp này, thiết bị đầu cuối cần thực hiện quá trình truy nhập ngẫu nhiêm để khôi phục sự đồng bộ hóa đường lên trước việc truyền dữ liệu đường lên hoặc thông tin điều khiển.
Trong trạng thái RRC_IDLE, không có ngữ cảnh RRC trong mạng truy nhập vô tuyến và thiết bị đầu cuối không thuộc một ô cụ thể nào. Không có việc truyền dẫn dữ liệu nào xảy ra khi thiết bị đầu cuối ở trạng thái nghỉ để giảm sự tiêu thụ pin. Sự đồng bộ đường lên không được duy trì và do đó chỉ có hoạt động truyền dẫn đường lên là truy nhập ngẫu nhiên có thể xảy ra để chuyển đến RRC_CONNECTED. Khi di chuyển đến RRC_CONNECTED, ngữ cảnh RCC cần được thiết lập trong cả mạng truy nhập vô tuyến và thiết bị đầu cuối. So với việc loại bỏ DRX, điều này thường mất thời gian hơn. Trong đường xuống, các thiết bị đầu cuối trong RRC_IDLE theo định kỳ thức dậy để nhận các bản tin nhắn gọi (nếu có) từ mạng.