3GPP ProSe trong Release 12&13 tiêu chuẩn hóa yêu cầu đối với kết nối trực tiếp khoảng cách gần (Proximity Service) dưới sự hỗ trợ một phần từ phía nhà mạng trong giai đoạn khởi tạo dịch vụ (dành cho các dịch vụ thông tin dựa trên vị trí như quảng cáo, thông tin du lịch, taxi, giao thông, cảnh báo,...) hoặc không thông qua sự giúp đỡ của nhà mạng (kết nối trực tiếp D2D ngang hàng, kết nối theo nhóm trong trường hợp xảy ra thiên tai, tổ chức sự kiện, bạo động,...). Với ưu thế độ trễ thấp và không phụ thuộc vào hạ tầng trạm thu phát, 3GPP ProSe hoàn toàn phù hợp để thay thế hệ thống mạng an ninh công cộng (PSN) truyền thống (công nghệ bộ đàm UHF/VHF) với chi phí thấp và tính tiện dụng cao hơn nhiều lần.
KIẾN TRÚC THAM CHIẾU
Mô hình kiến trúc tham chiếu của 3GPP ProSe được minh họa trong Hình 1. Lưu ý các thành phần mạng truy nhập E-UTRAN và mạng chuyển mạch lõi EPC được đơn giản hóa đại diện chung cho toàn bộ hạ tầng mạng LTE-A. Hình 1a thể hiện kiến trúc tham chiếu đầy đủ của ProSe hỗ trợ bởi hạ tầng mạng khi chuyển vùng, Hình 1b là mô hình kết nối trực tiếp D2D ngang hàng giữa các thiết bị. Các giao diện PCx được định nghĩa bổ sung cho việc giao tiếp giữa các thành phần mới quy định bởi ProSe, bao gồm:
Hình 1: Kiến trúc tham chiếu của 3GPP ProSe khi hỗ trợ chuyển vùng liên mạng (a) và kết nối D2D ngang hàng (b).
PC1: Giao tiếp dịch vụ lớp ứng dụng trên kênh dữ liệu di động thông thường giữa các ứng dụng hỗ trợ ProSe trên UE và máy chủ ứng dụng ProSe tương ứng. Dữ liệu được trao đổi bao gồm mã và ID của ứng dụng, người dùng và danh sách bạn bè.
PC2: Giao diện cho phép thành phần chức năng hỗ trợ ProSe trong mạng EPC của LTE-A cập nhật dữ liệu ứng dụng từ máy chủ ứng dụng ProSe vào trong CSDL của nó.
PC3: UE trao đổi với thành phần chức năng hỗ trợ ProSe khách tương ứng của hạ tầng mạng đang truy nhập về các dữ liệu khởi tạo cần thiết cho kết nối D2D ngang hàng.
PC4: Giao diện giữa thành phần chức năng hỗ trợ ProSe và mạng lõi EPC cho việc xác thực các dịch vụ ProSe về quản lý di động và quản lý phiên kết nối.
PC5: PC5 định nghĩa giao diện kết nối D2D giữa hai UE (bao gồm cả các mô hình kết nối 1:1, 1:n). PC5ah dành cho kết nối D2D trực tiếp lớp 2, 3 không có sự hỗ trợ bởi hạ tầng mạng. Các thủ tục thiết lập kết nối sẽ được trình bày chi tiết trong phần sau.
PC6: Quy định giao diện kết nối giữa các thành phần chức năng hỗ trợ ProSe của các mạng truy nhập khác nhau trong cùng một nhà mạng. Giao diện này có thể được sử dụng trong trường hợp UE thực hiện chuyển vùng truy nhập hoặc muốn tìm kiếm UE thuộc mạng truy nhập khác để kết nối (ví dụ giữa LTE và WiFi).
PC7: PC7 là giao diện giữa thành phần chức năng hỗ trợ ProSe của hai nhà mạng khác nhau. Giao diện PC7 phục vụ cho các thủ tục xác thực chuyển vùng liên mạng và tìm kiếm, thiết lập kết nối giữa các UE liên mạng.
PC8: Giao diện giữa UE chuyển vùng và thành phần chức năng hỗ trợ ProSe mạng nhà. PC8 được sử dụng cho việc cấu hình kết nối D2D cho UE.
THỦ TỤC THIẾT LẬP KẾT NỐI
Chuẩn 3GPP ProSe quy định các yêu cầu cho kết nối D2D có thể được thực hiện thông qua phần mềm cài đặt trên điện thoại, do đó dễ dàng trong việc triển khai và nâng cấp. Các thay đổi về công nghệ trong suốt với người sử dụng. Ưu thế về độ trễ thấp, linh hoạt trong việc thiết lập kết nối D2D trực tiếp, kết nối nhóm không phụ thuộc vào trạm thu phát cho phép LTE-A Release 12 không những thay thế đầy đủ các chức năng và yêu cầu hiện tại của mạng an ninh công cộng và còn đáp ứng cao hơn nhu cầu về băng thông và an toàn dữ liệu trong liên lạc.
Hình 2: Thủ tục tìm kiếm cho kết nối D2D tổng quát.
Hình 2 minh họa tổng quát thủ tục tìm kiếm cho thiết lập kết nối trong trường hợp có/không có sự hỗ trợ của nhà mạng. Lưu ý với trường hợp kết nối trực tiếp D2D giữa các UE không thông qua trạm thu phát, các UE này được giả thiết đã xác thực và lưu trữ thông tin về mã người dùng và danh sách mã bạn bè (định danh cho các UE đối tác) từ trước đó (Bước 1-6). Quá trình kết nối được thực hiện như sau:
Bước 1: Thiết lập kết nối dịch vụ trên liên kết dữ liệu thông thường giữa ứng dụng hỗ trợ ProSe (UE) với máy chủ ứng dụng.
Bước 2: Trao đổi và xây dựng danh sách bạn bè cập nhật từ máy chủ ứng dụng. Danh sách bạn bè có thể được lọc dựa trên các tiêu chí về vị trí, nhóm, danh sách lựa chọn thủ công từ người dùng.
Bước 3: Ứng dụng hỗ trợ ProSe gửi yêu cầu mã ứng dụng, ID người dùng và danh sách bạn bè xuống chồng giao thức 3GPP nội bộ trong UE.
Bước 4: Các yêu cầu về mã được UE chuyển tiếp tới thành phần chức năng hỗ trợ ProSe của nhà mạng thông qua giao diện và giao thức chuẩn hóa của 3GPP.
Bước 5: Thành phần chức năng hỗ trợ ProSe trao đổi và cập nhật thông số ánh xạ giữa ID và mã ứng dụng với máy chủ ứng dụng. Các thông tin quản lý và tùy chỉnh kết nối cũng được chuyển tiếp tới thành phần chức năng hỗ trợ ProSe.
Bước 6: Thành phần chức năng hỗ trợ ProSe xây dựng mã người dùng, mã bạn bè dựa trên CSDL đã lưu trữ trước đó và phản hồi bản tin về cho UE kèm theo các thông tin quản lý. Chồng giao thức 3GPP tiếp nhận thông tin và chuyển tiếp các mã yêu cầu về ứng dụng hỗ rợ ProSe.
Bước 7: Thực hiện tìm kiếm bạn bè trên ứng dụng theo mã bằng cách gửi bản tin thông báo. Với kết nối 1:1, bản tin thông báo chứa mã của UE-B. Với kết nối 1:n, bản tin thông báo chứa mã quảng bá của UE-A.
Bước 8: UE-B nhận được bản tin thông báo, so sánh mã nhận được. Nếu mã nhận được trùng với mã của UE-B (kết nối 1:1) hoặc nằm trong danh sách bạn bè của UE-B (kết nối 1:n).
Bước 9: Chồng giao thức 3GPP ánh xạ ngược mã nhận được ra ID tường minh của người dùng và chuyển tiếp về ứng dụng hỗ trợ ProSe. Sau đó, UE-B thỏa thuận lựa chọn kênh kết nối D2D phù hợp với UE-A cho việc truyền tải thông tin trực tiếp.
