Функция LIPA в сетях LTE

Введение

LIPA (Local IP Access) — это новая функция, которая появилась в 3GPP Release 10. Эта функция связана с работой так называемых Home eNodeB — LTE фемтосотами. Основной идеей функции LIPA является предоставление возможности мобильной станции подключаться к HeNB и получать доступ к ресурсам локальной/корпоративной сети без необходимости передавать пакеты по сети оператора

Без использовании функции LIPA, пользовательский трафик идет по этому маршруту (пользовательский трафик обозначен пунктиром)

При использовании функции LIPA, трафик пойдет по этому машруту

На этой схеме, как вы видите, появился новый элемент — LGW (Local Gateway), который необходим для реализации LIPA функционала. Перед тем, как перейти к описанию процедуры подключения с использованием LIPA, еще немного теории.

Home eNodeB

HeNB — LTE фемтосота, которая подключается к MME (S1-MME интерфейс), SGW (S1-U интерфейс) и LGW.

HSS

Для каждой APN в подписке мобильной станции в HSS добавляется параметр — LIPA_Permission, который имеет следующие значения:

• LIPA-Prohibited (0) — для данной APN функция LIPA запрещена
• LIPA-Only(1) — этот APN используется только для LIPA сессий
• LIPA-Conditional (2) — этот APN может использоваться для активации, как обычных, так и LIPA сессий

Local Gateway (LGW)

Дополнительное устройство, которое подключается к HeNB для реализации LIPA функционала. Этот элемент представляет собой упрощенную версию PGW и выполняет следующие функции:

• Выделение IP адреса мобильной станции
• Функции DHCPv4 и DHCPv6 сервера
• Функция проверки пакетов (Packet Screening)
• Функции, которые описаны в RFC 4861

Также LGW должен уметь буферизовать DL пакеты для мобильной станции, которая находится в состоянии ECM-IDLE (Network Initiated Service Request) и создавать GTP туннель между собой и HeNB для передачи данных.
Как видно из схемы, LGW подключается к SGW (S5 интерфейс), к HeNB и к внешней сети (SGi интерфейс)

Процедура активации LIPA сессии

Рассмотрим процедуру активации LIPA сессии. Всю процедуру подключения я описывать не буду, а только остановлюсь на моментах, характерных для LIPA.

1. Мобильная станция шлет в сторону HeNB запрос на подключение (Attach Request)
2. HeNB обрабатывает этот запрос и ретранслирует его в MME через S1-MME интерфейс. При этом если HeNB подключен к LGW (а это необходимо для LIPA), то он в запрос помимо остальных полей добавляет поле GW Transport Layer Address, в котором указывает адрес Local GW для S5 интерфейса.
3. MME получает запрос на подключение от HeNB и отправляет запрос в HSS. HSS присылает данные подписки абонента. MME проверяет наличие поля LIPA_Permission для APN, к которой хочет подключиться абонент. Если этого поля нет или его значение равно LIPA-Prohibited, то MME считает, чтобы мобильная станция активирует обычную сессию. Если поле LIPA_Permission = LIPA-Only, то MME «понимает», что мобильная станция хочет активировать LIPA сессию. Есть еще третье значение — LIPA-Conditional. Это значение обрабатывается по следующему алгоритму: если в запросе от HeNB указано поле GW Transport Layer Address, то данная сессия будет обрабатываться как LIPA сессия. В противном случае — обычная сессия
4. Следующим этапом — это выбор SGW и PGW, которые будут использоваться для данной сессии. SGW выбирается при помощи DNS на основе данных о текущем местоположении абонента (MNC, MCC, TAC). PGW выбирает на основе APN, к которой подключается мобильная станция. В случае активации LIPA сессии в качестве адрес PGW используется адрес LGW, который прислал HeNB (см. п. 2)
5. MME отправляет SGW сообщение Create Session Request, в котором помимо остальных полей, указывает адрес PGW = адресу LGW.
6. SGW получает сообщение, выполняет необходимые операции и ретранслирует это сообщение PGW, т.е LGW, подключенному к HeNB.
7. LGW обрабатывает запрос и отправляет SGW ответ, который содержит IP адрес, который необходимо присвоить мобильной станции.
8. SGW ретранслирует этот запрос MME. MME выполняет необходимые операции, и отправляет сообщение Initial Context Setup Request в сторону HeNB, в которое добавляет специальное поле Correlation ID, которое содержит идентификатор LIPA сессии. Обычно, в качестве Correlation ID используется идентификатор GTP туннеля на стороне LGW.
9. HeNB получает это сообщение, присваивает этот идентификатор текущему подключению мобильной станции и создает GTP (или PMIP) туннель между собой и LGW.
10. Далее идут стандартные операции для E-UTRAN Initial Attach.

Теперь мобильная станция начинает генерировать трафик. Пакеты попадают в HeNB, который, видя, что данной сессии соответствует определенный Correlation ID, транслирует пакеты не в сторону SGW (как при обычной LTE сессии), а в сторону LGW, который в свою очередь передает их во внешнюю сеть. Тем самым мобильная станция может обмениваться данными с внешней сетью без необходимости передавать пакеты через всю EPC сеть оператора.

Стоит отметить, что на данный момент LIPA имеет следующие ограничения:

• Отсутствие интерфейса между LGW и PCRF
• Отсутствует поддержка «мобильности»: т.е если мобильная станция хочет подключиться к другой базовой станции или фемтосоте, то текущее соединение удаляется полностью, и мобильная станция вынуждена заново повторить процедуру подключения. Если при этом у мобильной станции были активные сессии, то они будут закрыты
• Не поддерживаются Dedicated Bearers

Спасибо за внимание

Ссылки

• E-UTRAN Architecture
• Service Requirements for Home eNodeB