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Dispensa Protocollo LTE, Dispense di Reti Di Telecomunicazioni

dispense universitarie relative al protocllo lte

Tipologia: Dispense

2019/2020

Caricato il 23/07/2020

alessandro-artuso-1
alessandro-artuso-1 🇮🇹

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Long Term Evolution
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LTE
Long Term Evolution
Introduzione
L'LTE rappresenta l’ultima evoluzione degli standard dedicati alle reti di telefonia mobile a
banda larga ed è giunto alla sua definizione finale nel 2008, grazie all’accordo di
collaborazione 3GPP (3rd Generation Partnership Project) stabilito tra i principali enti di
standardizzazione nelle telecomunicazioni.. Esso si colloca in posizione intermedia tra gli
standard di terza generazione 3G e gli standard di quarta generazione 4G, ancora in fase di
elaborazione, con l'obiettivo di promuovere l'uso della banda larga in mobilità, sfruttando
l'esperienza e gli investimenti effettuati per le reti 3G ed anticipando i tempi rispetto alla
disponibilità degli standard 4G, il cui obiettivo è quello di raggiungere velocità di connessione
wireless anche superiori ad 1 Gbps.
Al momento, infatti, le migliorie previste rispetto alle tecnologie 3G sono riassumibili in:
velocità di trasferimento dati in download fino a 100 Mbps;
velocità di trasferimento dati in upload fino a 50 Mbps;
velocità di trasferimento dati al bordo della cella da 2 a 3 volte superiori dell’UMTS
con HSPA;
efficienza spettrale (ovvero numero di bit/s trasmessi per ogni Hz impiegato) 3 volte
superiore alla più evoluta versione dell'UMTS, ovvero l'HSPA;
RTT (Round Trip Time) inferiore ai 10 ms (contro i 70 ms dell’HSPA ed i 200 ms
dell’UMTS);
basse latenze (inferiori ai 100 ms per il passaggio dallo stato idle allo stato active, ed
inferiori ai 5 ms per piccoli pacchetti IP);
supporto di almeno 200 utenti per cella con allocazioni di oltre 5 MHz di banda;
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LTE

Long Term Evolution

Introduzione

L' LTE rappresenta l’ultima evoluzione degli standard dedicati alle reti di telefonia mobile a banda larga ed è giunto alla sua definizione finale nel 2008 , grazie all’accordo di collaborazione 3GPP (3rd Generation Partnership Project) stabilito tra i principali enti di standardizzazione nelle telecomunicazioni.. Esso si colloca in posizione intermedia tra gli standard di terza generazione 3G e gli standard di quarta generazione 4G, ancora in fase di elaborazione, con l'obiettivo di promuovere l'uso della banda larga in mobilità, sfruttando l'esperienza e gli investimenti effettuati per le reti 3G ed anticipando i tempi rispetto alla disponibilità degli standard 4G, il cui obiettivo è quello di raggiungere velocità di connessione wireless anche superiori ad 1 Gbps. Al momento, infatti, le migliorie previste rispetto alle tecnologie 3G sono riassumibili in:

  • velocità di trasferimento dati in download fino a 100 Mbps;
  • velocità di trasferimento dati in upload fino a 50 Mbps;
  • velocità di trasferimento dati al bordo della cella da 2 a 3 volte superiori dell’UMTS con HSPA;
  • efficienza spettrale (ovvero numero di bit/s trasmessi per ogni Hz impiegato) 3 volte superiore alla più evoluta versione dell'UMTS, ovvero l'HSPA;
  • RTT (Round Trip Time) inferiore ai 10 ms (contro i 70 ms dell’HSPA ed i 200 ms dell’UMTS);
  • basse latenze (inferiori ai 100 ms per il passaggio dallo stato idle allo stato active , ed inferiori ai 5 ms per piccoli pacchetti IP);
  • supporto di almeno 200 utenti per cella con allocazioni di oltre 5 MHz di banda;
  • supporto ottimale della mobilità (garantita fino ai 15 km/h, con alte prestazioni dai 15 ai 120 km/h, comunque funzionale fino ai 350 km/h);
  • prestazioni garantite con coperture ottenute tramite celle di 5 km, ammettendo una minima degradazione per celle di 30 km. Ciò potrà essere ottenuto grazie all’implementazione di specifiche caratteristiche tecniche, quali:
  • utilizzo della modulazione OFDM per il downlink e Single-Carrier FDMA per l'uplink;
  • utilizzo di un minimo di 1.25 MHz ed un massimo di 20 MHz di banda per ciascun canale (1.25, 1.6, 2.5, 5, 10, 15, 20), allocabile con ampia flessibilità sia in uplink che in downlink;
  • applicabilità flessibile a diverse bande di frequenza, incluse quelle del GSM, dell'UMTS-WCDMA e di nuove bande a 2.6 GHz, e con possibilità di aggiungere nuove bande nel tempo a seconda delle necessità;
  • supporto di handover e roaming alle reti radiomobili esistenti;
  • supporto di trasmissioni secondo la tecnica MIMO;
  • supporto di schemi di modulazione QPSK, 16 QAM e 64 QAM sia in UL che in DL;
  • supporto di tecniche di duplexing FDD e TDD (vedi fig. 2). Fig. 2 – Tecniche di duplexing ammesse dallo standard L’LTE impiegherà, per la trasmissione di voce e dati, sia tecnologie già fortemente consolidate quali l’ Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) sia altre come il Multiple Input Multiple Output (MIMO), l’ Orthogonal Frequency Division Multiple Access

Allocazione in frequenza

Le bande di frequenza riservate al sistema LTE sono le seguenti: E-UTRA Operating Band Uplink (UL) Operating Band Downlink (DL) Operating Band Duplex Mode Channel Bandwidths (MHz) Alias Region(s) (1) 1920 MHz to 1980 MHz 2110 MHz to 2170 MHz FDD 5, 10, 15, 20 UMTS IMT, "2100" Japan, Europe, Asia (2) 18501910 MHz to MHz^19301990 MHz to MHz FDD 1.4, 3, 5, 10, 15, 20 PCS, "1900" Canada, United States, Latin America (3) 17101785 MHz to MHz^18051880 MHz to MHz FDD 1.4, 3, 5, 10, 15, 20 DCS 1800 "1800" , Finland, Hong Kong (4) 1710 MHz to 1755 MHz 2110 MHz to 2155 MHz FDD 1.4, 3, 5, 10, 15, 20 AWS, "1.7/2. GHz" Canada, US, Latin America (5) 824 MHz to 849 MHz 869 MHz to 894 MHz FDD^ 1.4, 3, 5, 10^ Cellular 850, UMTS Canada, US, Australia (6) 830840 MHz to MHz^875885 MHz to MHz FDD 5, 10 UMTS800 Japan (7) 25002570 MHz to MHz^26202690 MHz to MHz FDD 5, 10, 15, 20 IMT GHz"-E, "2.6 EU (8) 880915 MHz to MHz^925960 MHz to MHz FDD 1.4, 3, 5, 10 GSM EGSM900, UMTS900, EU, Latin America (9) 1749.9^ MHz to 1784.9 MHz 1844.9 MHz to 1879.9 MHz FDD 5, 10, 15, 20 UMTS1700 Canada, US, Japan (10) 1710 MHz to 1770 MHz 2110 MHz to 2170 MHz FDD^ 5, 10, 15, 20^ UMTS, IMT 2000 Brazil, Uruguay, Ecuador, Peru (11) 1427.9 1452 .9^ MHz to MHz^ 1475.9 1500.9^ MHz to MHz FDD 5, 10, 15, 20 PDC (^) KDDI, DoCoMo)Japan (Softbank, (12) 698716 MHz to MHz^728746 MHz to MHz FDD 1.4, 3, 5, 10 (13) 777787 MHz to MHz^746756 MHz to MHz FDD 1.4, 3, 5, 10 Verizon's MHz Block C^700 (14) 788 MHz to 798 MHz 758 MHz to 768 MHz FDD 1.4, 3, 5, 10 700 MHz Block D (17) 704 MHz to 716 MHz 734 MHz to 746 MHz FDD^ 1.4, 3, 5, 10^ AT&T's 700 MHz Block B (33) 1900 MHz to 1920 MHz TDD 5, 10, 15, 20 (34) 2010 MHz to 2025 MHz TDD 5, 10, 15 (35) 1850 MHz to 1910 MHz TDD 1.4, 3, 5, 10, 15, 20 (36) 1930 MHz to 1990 MHz TDD 1.4, 3, 5, 10, 15, 20 (37) 1910 MHz to 1930 MHz TDD 5 , 10, 15, 20 (38) 2570 MHz to 2620 MHz TDD 5, 10 EU (39) 1880 MHz to 1920 MHz TDD 5, 10, 15, 20 (40) 2300 MHz to 2400 MHz TDD 10, 15, 20 IMT- 2000 China

Tecnologie di trasmissione

OFDM ( Orthogonal Frequency Division Multiplexing ) Nei sistemi basati sull’OFDM, la banda disponibile viene suddivisa in tante sottobande, trasmettendo i dati su flussi paralleli. I dati trasmessi su ciascuna sottobanda vengono poi modulati, attraverso una delle modulazioni numeriche possibili (QPSK, 16 QAM, 64QAM, ecc..), in base alla qualità del segnale ricevuto. L’impiego della tecnica OFDM nei sistemi di comunicazione ha consentito di ridurre fortemente le criticità che si determinavano quando, per raggiungere data rates in trasmissione più elevati, l’unica soluzione possibile sembrava quella di aumentare il symbol rate. In pratica ogni simbolo OFDM risulta essere una combinazione lineare dei segnali presenti su ciascuna sottoportante, ad un certo istante, e poiché i dati sono trasmessi in parallelo, piuttosto che in serie, i simboli OFDM sono generalmente molto più lunghi dei simboli trasmessi su sistemi single carrier con un equivalente data rate. Due ulteriori peculiarità dei sistemi di trasmissione basati sulla tecnica OFDM sono che:

  • ciascun simbolo OFDM trasmesso è preceduto da un prefisso ciclico (CP), ovvero da una breve replica della parte finale del segnale ottenuto dalla somma dei simboli su ciascuna sottobanda. Questa caratteristica permette di ridurre sensibilmente l’effetto prodotto dall’ Intersymbol Interference (ISI) ovvero dell’effetto determinato dalla sovrapposizione di repliche del segnale (echi) in ricezione;
  • le sottobande in cui viene suddivisa l’intera banda sono ortogonali l’una all’altra, ovvero la distanza viene scelta in modo che la risposta impulsiva della carrier di ciascun canale abbia un massimo laddove la risposta impulsiva delle carrier dei canali adiacenti hanno invece un valore nullo. Ciò determina, idealmente, un’assenza di interferenza da canale adiacente (ICI). Un’altra caratteristica importante dei sistemi che impiegano la tecnica OFDM è che la conversione dei simboli nel segnale da trasmettere ed il viceversa si ottiene attraverso una semplice trasformata di Fourier (FFT). Nello specifico, una FFT inversa (IFFT) in trasmissione, per ottenere dai simboli associati alle singole sottoportanti il segnale da

OFDMA ( Orthogonal Frequency Division Multiple Access ) La maggiore innovazione di LTE rispetto all'attuale standard UMTS è l'utilizzo della modulazione Orthogonal Frequency Division Multiple Access (OFDMA) per il downlink e la Single Carrier - Frequency Division Multiple Access (SC-FDMA), una tecnologia affine alla OFDM, per l'uplink. Queste tecniche consentono di gestire il sistema con larghezze di banda del canale da 1,25 MHz a 20 MHz. L’OFDMA è una tecnica di accesso multiplo, basata sulla modulazione OFDM, che consiste nell’assegnare a ciascun utente un sottoinsieme delle sottoportanti in cui viene suddivisa la banda disponibile per un determinato intervallo di tempo. Proprio per questa ragione a volte si usa dire che l’OFDMA può essere considerata una tecnica in cui vengono combinate la modulazione OFDM e l’accesso TDMA. Fig. 3 – OFDM vs. OFDMA Poiché si tratta di una tecnica di tipo adattativo, funzione della qualità del canale radio, se l’assegnazione delle sottobande viene eseguita in maniera sufficientemente veloce, consente di raggiungere prestazioni molto elevate sia dal punto di vista di robustezza alle rapide variazioni del fading e sia per quanto riguarda le interferenze co-canale, permettendo, allo stesso tempo, di ottenere un’efficienza spettrale particolarmente elevata, specialmente quando viene utilizzata in combinazione con le tecniche MIMO.

La caratteristica di assegnare a ciascun utente solo una porzione delle sottobande disponibili, consente di variare la potenza di trasmissione richiesta per comunicare con ognuno di essi a seconda delle necessità. Stesso discorso vale anche per la qualità di servizio (QoS) che può essere adattata a seconda del tipo di applicazione (voce, video streaming, accesso ad internet, ecc…) che l’utente intende utilizzare. SC-FDMA ( Single Carrier - Frequency Division Multiple Access ) In questo tipo di sistema di accesso all’utente, come avviene per l’OFDMA, vengono impiegate una serie di sottoportanti ortogonali per trasmettere le informazioni contenute nei simboli modulati. Tuttavia, con la tecnica SC-FDMA, le sottoportanti vengono trasmesse sequenzialmente e non in parallelo (vedi fig. 5). Questo tipo di soluzione consente di ridurre considerevolmente le fluttuazioni del segnale inviluppo trasmesso, determinando un valore del PAPR molto più basso rispetto a quello riscontrato nei segnali basati sull’OFDMA. Questa caratteristica è particolarmente importante in quanto consente di evitare l’impiego, a livello di terminale d’utente, di amplificatori di potenza con elevata linearità e bassa efficienza (misurata dal rapporto tra la potenza trasmessa e quella necessaria per l’alimentazione dell’amplificatore). D’altra parte, l’utilizzo di questa tecnica nei sistemi cellulari, intrinsecamente soggetti a propagazione caratterizzata da cammini multipli, comporta che il segnale, ricevuto in corrispondenza della stazione radio base, sia suscettibile ad interferenza intersimbolica. Per far fronte a questo problema risulta quindi necessario impiegare, a livello di stazione radio base, sistemi di equalizzazione adattativi nel dominio della frequenza che ovviamente, determinano un più elevato carico di lavoro di elaborazione nonché maggiori costi di implementazione che però graveranno principalmente sull’operatore.

prefissata e sono intervallate con quelle assegnate agli altri utenti. Questo secondo approccio risulta maggiormente immune rispetto agli errori di trasmissione, in quanto l’informazione da trasmettere viene distribuita sull’intera banda disponibile.

Evoluzione dell’Architettura di Sistema nel 3GPP

Il graduale sviluppo dell’interfaccia radio ha reso necessaria l’evoluzione dell’architettura di sistema. Una motivazione che, da sola, avrebbe giustificato la spinta verso l’evoluzione dell’architettura è l’ottimizzazione dei servizi a commutazione di pacchetto ma alcuni obiettivi nella progettazione dell’interfaccia radio (come l’eliminazione del soft handover) hanno posto in essere nuove opportunità nel design architetturale. Inoltre, l’avvento dell’HSPA ha dimostrato come tutte le funzionalità radio possano essere efficientemente collocate nel NodeB aprendo così la strada a discussioni circa un miglioramento complessivo dell’architettura. Furono molti dunque le ragioni e gli obiettivi che portarono il 3GPP a standardizzare nella Release 8 la cosiddetta System Architecture Evolution (SAE):

  • l’ottimizzazione dei servizi a commutazione di pacchetto quando non è necessaria la modalità a commutazione di circuito
  • throughputs e bit rates più alti
  • miglioramenti nei tempi di risposta per l’attivazione e l’impostazione dei bearer
  • RTT inferiori
  • Semplificazione complessiva del sistema in rapporto ai sistemi cellulari esistenti
  • Ottimizzazione dell’inter-working con atre reti di accesso 3GPP e wireless Per poter dunque ridurre i tempi di latenza e migliorare le prestazioni fu subito chiaro che doveva essere sviluppata un’architettura più “piatta”, con meno nodi coinvolti.

Lo sviluppo verso questa direzione cominciò già con la Release 7 dove, con il concetto di Direct Tunnel, si permette all’User Plane (UP) di bypassare l’SGSN e posizionare le funzioni dell’RNC nel NodeB dell’HSPA. La figura 3.1 evidenzia come quest’ultimo aspetto venga colto anche lalla Release8. Alcuni obiettivi sembrano viaggiare in direzioni opposte. Per esempio l’ottimizzazione dell’inter-working con parecchie reti di accesso wireless (ANs) necessita l’introduzione di nuove funzioni e interfacce per supportare i protocolli specifici di ogni rete. Ciò si scontra con l’altro obiettivo di mantenere un’architettura semplice. Dunque, siccome è probabile che l’architettura non avrà bisogno di supportare tutti i potenziali scenari di interw-working, il 3GPP ha suddiviso le specifiche sull’architettura in due parti separate:

  1. Miglioramenti GPRS relativi all’ E-UTRAN access: questo documento descrive l’architettura e le sue funzioni nel suo ambiente nativo 3GPP costituito da E-UTRAN e altre 3GPP ANs, e definisce le procedure di inter-working. Il comune denominatore per queste ANs è l’uso del GTP (GPRS Tunneling Protocol) come protocollo per la gestione della mobilità.
  2. Miglioramenti di architettura per non-3GPP accesses: questo documento descrive l’architettura e le funzioni nel caso di inter-working con ANs non-3GPP, come ad esempio cdma2000 High Rate Packet Data (HRPD). La gestione della mobilità in

UE, E-Utran ed EPC insieme rappresentano il livello di connettività del Protocollo IP (IP Connectivity Layer). Questa parte del sistema è anche chiamata Evolved Packet System (EPS). La funzione principale di questo livello è di fornire la connettività basata su IP ed è altamente ottimizzata per questo scopo. Tutti i servizi si appoggeranno su Ip, mentre vengono eliminati dall’E-UTRAN e dall’EPC i nodi commutati a circuito e le interfacce viste nelle precedenti architetture 3GPP. L’IP Multimedia Sub- System (IMS) è un buon esempio di meccanismo che può essere usato nel Service Connectivity Layer per fornire servizi che si appoggiano sulla connettività IP fornita dai livelli più bassi. Per esempio, per supportare il servizio voce, l’IMS può fornire Voce su IP (VoIP) e garantire l’interconnessione con le precedenti reti a commutazione di circuito PSTN e ISDN, attraverso i Media Gateways che esso controlla. L’evoluzione nell’E-UTRAN è concentrata nell’evolved NodeB (enodeB) sul quale sono trasferite tutte le funzionalità radio, esso rappresenta il punto di arrivo di tutti i protocolli connessi. Dal punto di vista di rete, l’E-UTRAN è semplicemente una rete mesh di eNodeBs collegati tramite l’interfaccia X2. Uno dei grandi cambiamenti architetturali riguarda la Core Network (EPC) che non contiene nessuna connettività diretta verso le reti a commutazione di circuito come ISDN o PSTN. L’EPC è ,dal punto di vista delle funzionalità, l’equivalente del dominio a commutazione di pacchetto delle esistenti reti 3GPP ma è completamente nuovo nella sua architettura. Entrambe le figure 3.1 e 3.2 mostrano un elemento chiamato SAE GW. Come evidenzia l’ultima figura, esso rappresenta la combinazione dei due gateways , Serving Gateway (S- GW) e Packet Data Network (P-GW). Il SAE GW rappresenta un possibile scenario futuro ma adesso gli standard definiscono un’interfaccia fra i due gateway per i quali sono state definite operazioni specifiche.

Entità nell’Architettura di Sistema

User Equipment (UE) UE è il dispositivo che l’utente utilizza per comunicare. E’ tipicamente un dispositivo portatile, come un smartphone un cellulare o anche un notebook. L’UE contiene l’Universal Subscriber Identity Module (USIM) che è un modulo separato dal resto dell’UE che viene spesso chiamato Terminal Equipment (TE). USIM è un’applicazione posta su una smart card removibile chiamata l’Universal Integrated Circuit Card (UICC). L’USIM è utilizzata per identificare e autenticare l’utente e per proteggere la trasmissine sull’interfaccia radio. L’UE è una piattaforma per la comunicazione che possiede varie funzionalità: mantenimento e rimozione di link radio, gestione della mobilità (handover e posizione del terminale)e soprattutto l’interfaccia all’utente finale. E-UTRAN Node B (eNodeB) L’eNodeB è una stazione radio base che controlla tutte le funzionalità radio connesse alla parte fissa del sistema, esso è tipicamente distribuito lungo tutta l’area di copertura ed è posto in corrispondenza delle antenne radio. Funzionalmente, l’eNodeB fa da ponte tra UE e EPC, essendo il punto di arrivo di tutti i protocolli radio verso l’UE e ritrasmettendo i dati (tra la connessione radio e quella basata su IP) verso l’EPC. Effettua il cifratura/decifratura dei dati, la compressione/decompressione dell’header IP cioè evitare di mandare ripetutamente la stessa sequenza di dati nell’header IP. L’eNodeB è anche responsabile di molte funzioni Control Plane (CP) come ad esempio l’ RRM ; gestisce dunque l’utilizzo dell’interfaccia radio, l’allocazione delle risorse in base alle richieste,la priorità e lo scheduling del traffico in accordo con la Quality of Service (Qos) desiderata.

Mobility Management Entity (MME) L’MME è il principale elemento di controllo dell’EPC. Tipicamente è un server posto in un luogo sicuro di proprietà dell’operatore. Opera solo nel Control Plane e non è coinvolto nel percorso dei dati. Oltre alle interfacce mostrate nella figura 3.2, l’MME ha una diretta connessione logica Control Plane verso l’UE e questa connessione viene usata come il canale di controllo primario tra UE e rete. Le principali funzioni dell’MME sono di seguito elencate:

  • Autenticazione e Sicurezza : quando l’UE si registra alla rete per la prima volta, l’MME da’ inizio all’autenticazione compiendo vari passi: scopre l’identità permanente dell’UE o dalla rete precedentemente visitata o dall’UE stesso; richiede all’Home Subscription Server (HSS) relativa all’home network dell’utente i vettori di autenticazione che contengono il challenge di autenticazione e la coppia di parametri in risposta; invia il challenge all’UE e compara la risposta ricevuta dall’utente con quella ricevuta dalla home network. Questa funzione serve a assicurare che l’utente è chi dichiara di essere. Questa procedura può essere ripetuta quando è necessario o periodicamente. L’MME ricaverà la cifratura dell’UE e le chiavi per la protezione dell’integrità dal vettore di autenticazione ricevuto dalla home network e controllerà separatamente le impostazioni nell’E-UTRAN relative a User Plane e Control Plane. Queste funzioni sono usate per proteggere la comunicazione daeventuali intercettazioni (User Plane) o alterazioni (Control Plane). Per proteggere la privacy dell’utente, l’MME assegna periodicamente ad ogni UE un’identità temporanea chiamata Globally Unique Temporary Identity (GUTI) cosicchè l’UE stesso non debba inviare la propria identità permanente (International Mobile Subscriber Identity
    • IMSI) sull’interfaccia radio.
  • Gestione della Mobilità: l’MME tiene traccia della posizione di tutti gli UE nella sua area di servizio. Quando un utente effettua la sua prima registrazione alla rete , l’MME crea una entry per quell’utente e comunicherà la sua posizione all’HSS nell’home network dell’utente stesso. L’MME richiede le risorse appropriate che devono essere fornite sia all’eNodeB che al S-GW che esso seleziona per l’UE. Successivamente continuerà a tenere traccia della posizione dell’utente, o a livello di eNodeB, se l’utente mantiene la connessione attiva (active mode) oppure a livello di Tracking

Area (TA), che rappresenta un gruppo di eNodeB, nel caso in cui l’utente passi in idle mode. L’MME partecipa nella segnalazione di controllo durante un handover in modalità active tra eNodeB, S-GW o MME. Un Ue nello stato di idle, comunicherà la sua posizione o periodicamente o nel caso cambi la propria Tracking area.

  • Gestione del profilo di abbonamento e Connettività dei Servizi: durante la fase di registrazione dell’utente alla rete, l’MME avrà il compito di recuperare il suo profilo di abbonamento dalla home network. L’MME immagazzinerà tale informazione per tutto il tempo in cui serve l’UE. Questo profilo determina la connessione alla rete dati a pacchetto da assegnare all’UE. Successivamente l’MME imposterà automaticamente il bearer di default che darà all’UE la connessione IP di base e interverrà nuovamente creando dei bearer dedicati per tutti quei servizi che richiederanno prestazioni migliori. Tali richieste possono provenire sia dall’S-GW se la richiesta originale è dell’operatore di rete o dall’UE se l’utente richiede la connessione per un servizio che non è conosciuto dal proprio operatore. La figura 3.4 mostra le connessioni dell’MME con i nodi logici circostanti e riassume le principali funzioni per ogni interfaccia. In linea di principio l’MME potrebbe essere connesso con ogni altro MME del sistema ma tipicamente la connessione è limitata a un solo operatore di rete. Ogni MME sarà configurato per controllare un insieme di S-GW ed eNodeB che potrebbero essere connessi ad altri MME. Mentre un MME può servire un certo numero di UE alla volta ogni UE sarà connesso ad un solo MME alla volta.

legale , cioè la possibilità di consegnare i dati dell’utente monitorato alle autorità per ulteriori ispezioni. La figura 3.5 mostra le connessioni dell’S-GW con i nodi logici circostanti e riassume le principali funzioni per ogni interfaccia. Tutte le interfacce vanno considerate secondo relazioni uno-a-molti. Un S-GW potrebbe servire solo una particolare area geografica con un certo numero di eNodeB e allo stesso modo ci potrebbe essere un limitato insieme di MME che controlla quell’area. L’S-GW dovrebbe potersi connettere ad ogni P-GW dell’intera rete poiché durante la mobilità il P-GW (a differenza dell’S-GW) non cambia. La figura 3.5 mostra inoltre il caso di inoltro indireddo dei dati tra eNodeB attraverso due S- GW. Non c’è un nome specifico per l’interfaccia tra due diversi S-GW poiché il formato è lo stesso dell’interfaccia S1-U ed è come se gli S-GW coinvolti stessero comunicando direttamente con un eNodeB.

Packet Data Network Gateway (P-GW) Il P-GW è il router di confine tra EPS e reti dati a pacchetto esterne. Come l’S-GW si trova all’interno di un area centralizzata di proprietà dell’operatore. Tipicamente il P-GW assegna all’UE l’indirizzo IP che utilizza per comunicare con altri host IP in reti esterne (ad es. internet). Il P-GW possiede anche funzionalità DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol) e può anche interrogare server DHCP esterni. Il traffico UP tra P-GW e reti esterne è dunque nella forma di pacchetti IP che appartengono a vari flussi di servizio. Nel caso di S5/S8 GTP, il P-GW svolge il mapping tra i flussi dati IP e i tunnel GTP, che rappresentano i bearers. Il P-GW imposta i bearers in base alle richieste provenienti o dal PCRF o dall’S-GW. Nel caso di S5/S8 PMIP, il P-GW effettua il mapping di tutti i flussi di servizio IP delle reti esterne in un unico GRE tunnel e tutte le informazioni di controllo sono scambiate solo col PCRF. Per quanto riguarda la mobilità, quando un utente passa da un S-GW ad un altro, i bearer devono essere modificati nel P-GW. Il P-GW riceverà l’indicazione su come modificare iflussi, dal nuovo S-GW. La figura 3.6 mostra le connessioni del P-GW con i nodi logici circostanti e riassume le principali funzioni per ogni interfaccia.