X2-U je uživatelská rovina rozhraní mezi základnovými stanicemi v LTE a 5G NR, které přeposílá uživatelská data prostřednictvím GTP-U tunelů během předávání spojení, aby umožnilo plynulou mobilitu.

Popis

Rozhraní X2-U je protějškem na uživatelské rovině k rozhraní X2-C a tvoří cestu pro přeposílání dat mezi dvěma eNodeB (nebo gNB v 5G NR) v architektuře LTE/5G RAN. Jeho primární a nejkritičtější úlohou je podpora přeposílání dat během předávání spojení mezi eNodeB. Když se UE pohybuje ze zdrojové buňky do cílové buňky, mohou být pakety dat směrované směrem k UE (downlink) již na cestě nebo uložené ve frontě ve zdrojovém eNodeB. Rozhraní X2-U poskytuje přímý tunel pro přeposlání těchto paketů ze zdrojového do cílového eNodeB, čímž zabraňuje ztrátě paketů a zajišťuje kontinuitu služby.

Technicky rozhraní X2-U používá pro uživatelskou rovinu protokol GPRS Tunneling Protocol (GTP-U) nad transportní vrstvou UDP/IP. Během předávání spojení zdrojový eNodeB zřídí jeden nebo více GTP-U tunelů k cílovému eNodeB. Každý tunel odpovídá jednomu EPS přenosovému kanálu (nebo DRB v 5G). Zdrojový eNodeB přeposílá všechny downlink pakety, které ještě nepřenesl na UE, stejně jako všechny nové pakety, které přijímá od Serving Gateway (SGW), prostřednictvím těchto tunelů. Cílový eNodeB tyto přeposlané pakety ukládá do fronty a doručí je UE, jakmile je předání spojení dokončeno a je navázáno nové rádiové spojení. Tento proces je často označován jako “bezztrátové” nebo “plynulé” předání spojení pro určité přenosové kanály se zaručenou přenosovou rychlostí.

Provoz X2-U je úzce řízen signalizací X2-C. Zpráva X2AP Handover Preparation obsahuje nezbytné informace pro cílový eNodeB, aby mohl nastavit koncové body GTP-U tunelů (TEID). Zdrojový eNodeB začíná přeposílat data, jakmile odešle cílovému eNodeB zprávu SN Status Transfer, která synchronizuje čísla sekvencí PDCP. Přeposílání pokračuje, dokud není dokončeno přepnutí cesty v jádru sítě a SGW nezačne odesílat downlink data přímo cílovému eNodeB. Zatímco jeho nejvýznamnější použití je během předávání spojení, rozhraní X2-U může být také využito ve scénářích duální konektivity pro rozdělení toků dat uživatelské roviny mezi hlavním a sekundárním uzlem. Rozhraní je navrženo pro vysokou propustnost a nízkou latenci, aby se minimalizoval čas přerušení během předávání spojení, což je klíčový ukazatel výkonu mobilních sítí.

K čemu slouží

Rozhraní X2-U bylo vytvořeno, aby vyřešilo zásadní problém ztráty dat a přerušení služby během předávání spojení v paketově orientované mobilní síti. V před-LTE systémech 3G bylo přeposílání dat během předávání spojení řízeno RNC. S plochou architekturou LTE, která RNC eliminovala, bylo třeba tuto funkci distribuovat na eNodeB. Bez přímého spoje na uživatelské rovině, jako je X2-U, by musela být všechna uživatelská data směrována přes jádro sítě (SGW), což by drasticky zvýšilo latenci předávání spojení a riziko ztráty paketů, pokud by se stará cesta zrušila dříve, než by byla nová připravena.

X2-U umožňuje schopnost typu “nejdřív vytvoř, potom zruš” pro uživatelskou rovinu. Umožňuje zdrojovému eNodeB pokračovat v příjmu dat z jádra a současně je přeposílat cílovému eNodeB, čímž vytváří dočasný přímý most. To zajišťuje, že data na cestě nejsou ztracena a že UE zažívá minimální přerušení, což je zásadní pro aplikace v reálném čase, jako je hlas a video. Motivací bylo dosáhnout doby přerušení při předání spojení pod 50 ms, což je požadavek pro podporu VoIP a dalších služeb citlivých na latenci v LTE. Díky lokalizaci cesty pro přeposílání dat na okraji RAN snižuje X2-U zatížení přenosu v jádru sítě a umožňuje rychlejší a spolehlivější mobilitu, což je jeden ze základních kamenů uživatelského zážitku v LTE a 5G.

Klíčové vlastnosti

• Poskytuje tunely založené na GTP-U pro přeposílání uživatelských dat během předávání spojení
• Zabraňuje ztrátě paketů a zajišťuje kontinuitu služby pro aktivní UE
• Funguje pod řízením signalizace X2-C (procedury X2AP)
• Používá pro transport UDP/IP, optimalizováno pro vysokorychlostní přenos dat
• Podporuje simultánní přeposílání pro více přenosových kanálů (EPS bearers/DRB)
• Umožňuje přepínání datových cest s nízkou latencí na lokalizované úrovni, nezávisle na jádru sítě

Související pojmy

• X2-C – X2-Control Plane
• GTP-U – GPRS Tunnelling Protocol for User Plane
• PDCP – Packet Data Convergence Protocol

Definující specifikace

• TR 21.905 (Rel-19) — 3GPP Technical Terms and Definitions
• TR 25.912 (Rel-19) — Evolved UTRA and UTRAN Technical Report
• TS 36.300 (Rel-19) — E-UTRAN Radio Interface Protocol Architecture Overview
• TS 36.302 (Rel-19) — E-UTRA Physical Layer Services

📖 Anglický originál a plná specifikace: X2-U na 3GPP Explorer