S103 je referenční bod uživatelské roviny mezi LTE Serving Gateway a CDMA HRPD Serving Gateway, který přeposílá datový provoz ve směru downlink během předávání spojení z LTE do HRPD s cílem minimalizovat ztrátu paketů.

Popis

Rozhraní S103 je protějškem uživatelské roviny k řídicímu rozhraní S101 v rámci architektury definované 3GPP pro interoperabilitu se sítěmi CDMA2000 HRPD. Poskytuje dočasný tunel pro přeposílání dat mezi LTE Evolved Packet Core (EPC) a jádrem CDMA HRPD sítě. Konkrétně spojuje Serving Gateway (SGW) – kotvu uživatelské roviny v EPC během mobility – s HRPD Serving Gateway (HSGW) – branou poskytující IP konektivitu pro UE v HRPD síti. Primární a téměř výhradní funkcí S103 je podpora přeposílání datového provozu ve směru downlink během optimalizovaného předávání spojení z LTE do HRPD.

Z architektonického hlediska je S103 implementováno jako tunel založený na GTP (GPRS Tunneling Protocol). Když je rozhodnuto a připraveno předání spojení z LTE do HRPD prostřednictvím signalizace S101, MME nařídí SGW, aby pro datový provoz UE ve směru downlink zřídilo dočasnou nepřímou cestu přeposílání. Namísto odesílání paketů k eNodeB (kterou UE právě opouští) je SGW začne duplikovat a přeposílat přes GTP tunel S103 k HSGW. HSGW tyto pakety ukládá do vyrovnávací paměti, dokud se UE úspěšně nepřipojí k HRPD rádiové síti. Jakmile je rádiové spojení UE v HRPD navázáno a jeho datová cesta je přepnuta na HSGW, jsou pakety z vyrovnávací paměti doručeny a tunel S103 je následně uvolněn.

Tento mechanismus je klíčový pro plynulé předání spojení. Zatímco UE přepíná svůj rádiový transceiver a provádí přístupové procedury na straně HRPD (proces, který může trvat stovky milisekund), datový provoz ve směru downlink z internetu stále proudí k SGW. Bez S103 by tyto pakety byly na SGW zahozeny, protože cesta k LTE eNodeB již není platná. Tunel S103 zajišťuje, že tyto právě přenášené a nově přicházející pakety jsou zachovány a doručeny bezprostředně po dokončení předání spojení, čímž efektivně eliminuje ztrátu paketů ve směru downlink. Je důležité poznamenat, že S103 typicky zajišťuje pouze přeposílání ve směru downlink; datový provoz ve směru uplink z UE během přechodu je obvykle řešen vyrovnávací pamětí v samotném UE nebo je považován za nová data po připojení.

K čemu slouží

Rozhraní S103 bylo vytvořeno, aby vyřešilo specifickou slabinu při předávání spojení mezi různými rádiovými technologiemi (inter-RAT): ztrátu dat během přepínacího období. Zatímco rozhraní S101 vyřešilo problém koordinace řídicí roviny a zajistilo, že cílová síť je připravena přijmout UE, mezera zůstala pro uživatelská data již přenášená. Při vysokorychlostní datové relaci může i několik set milisekund přerušení způsobit ztrátu četných paketů, vedoucí k TCP timeoutům, bufferingu videa nebo přerušení hovoru ve VoLTE. Rozhraní S103 bylo technickým řešením tohoto problému.

Jeho návrh byl motivován principem „plynulé“ mobility, což je klíčový cíl pro LTE/EPC. Předání spojení by mělo být na aplikační vrstvě nepostřehnutelné. Předchozí systémy bez takového mechanismu přeposílání dat mohly dosáhnout pouze předání spojení typu „break-before-make“ s patrným narušením. S103 umožňuje charakteristiku „make-before-break“ pro uživatelskou rovinu, alespoň ve směru downlink. Díky využití stávajícího protokolu GTP, který je již v EPC hojně používán (např. na rozhraních S5/S8), bylo řešení elegantní a znovu použilo známé síťové prvky a protokoly.

Rozhraní konkrétně řeší problém kontinuity datové cesty ve směru downlink. Během fáze provádění předání spojení se přístupový bod UE mění z LTE eNodeB na HRPD Base Station. Kotva v jádru sítě (PGW) zůstává stejná, ale mezilehlý směrovací bod (ze SGW k přístupové síti) musí být znovu zřízen. S103 poskytuje dočasný most pro toto přesměrování, což zajišťuje, že data nikdy nemají přerušenou cestu ke svému cíli. Toto bylo klíčové vylepšení, které v kombinaci se S101 umožnilo operátorům nabízet LTE se skutečně plynulou mobilitou do oblastí pokrytí jejich starší CDMA sítí, čímž chránilo uživatelský zážitek u služeb v reálném čase.

Klíčové vlastnosti

• Poskytuje dočasný tunel uživatelské roviny pro přeposílání datového provozu ve směru downlink během předávání spojení z LTE do HRPD.
• Používá protokol GTP (GTP-U) nad IP transportem, což je v souladu s architekturou EPC.
• Spojuje LTE Serving Gateway (SGW) s HRPD Serving Gateway (HSGW).
• Minimalizuje ztrátu paketů a přerušení služby pro provoz ve směru downlink.
• Funguje v součinnosti s řídicími procedurami S101; zřizuje se a ruší na základě příkazů MME.
• Typicky se používá pro nepřímé přeposílání, kde jsou data tunelována přes brány jádra sítě.

Související pojmy

• SGW – Signalling Gateway
• HSGW – HRPD Serving Gateway
• S101 – S101 Interface
• GTP – GPRS Tunnelling Protocols

Definující specifikace

• TS 33.402 (Rel-19) — Security for non-3GPP access to EPS

📖 Anglický originál a plná specifikace: S103 na 3GPP Explorer