LTE D2D is a major opportunity for

LTE D2D is a major opportunity for mobile network operators, but it is a complex development, which may have far-reaching consequences for mobile network design. D2D will set a precedent for networks relinquishing some of their control of mobile devices and traffic and it will have implications for existing services and future network planning.

Over recent years, proximity-based information and applications have become a major area of interest for the Internet industry, particularly the social networks. The more relevant an application can be made to a user at a particular time, in a particular place and in a particular situation, the more valuable it becomes, and the more likely it is that the user will act on it. This has led to concepts such as “ambient awareness” and “proximate discovery”, in which applications search their local environment for people, information, products or services that are relevant to their users. For example, a keen golfer could be alerted to a special offer at a local golf shop as she passes nearby, a Facebook user could be alerted to the presence of a friend in a local coffee shop, and a theatre fan could be delivered video highlights of a new musical as he walks past the box office.

Major Internet players, including Facebook, Google and Twitter, have acquired or developed location-based components for their online platforms. Current approaches generally rely on an application tracking the location of a user or device (in some cases requiring manual intervention by the user) and cross-referencing the locations of devices and resources in the network to trigger events. This results in solutions that are centralised (requiring extensive processing in the network) and fragmented (each application provider has to gather its own location data). These characteristics seriously limit the mass market potential of these approaches, for both technical reasons (e.g. performance of centralised services and battery drain of replicated location reports) and privacy reasons (e.g. limitations to the information that can be gathered and stored by applications).

LTE D2D could provide a decentralised approach to proximity discovery and device-to-device communication, which is efficient, flexible, dynamic and secure, to enable proximity-based services to flourish. Mobile network operators would then hold a crucial piece of the jigsaw in the delivery of compelling mass market mobile Internet services.

Proximity-based services are not the only motivation for LTE D2D. On the face of it, the capabilities and economics of LTE should be an attractive option for public safety organisations, such as police, fire and ambulance services. Many of these organisations currently use relatively old technology, such as the TETRA system developed in the 1990s, with limited capabilities. The US government has already expressed a desire to move to LTE for future public safety communications. However, a crucial requirement for these users is the ability for mobile devices to communicate directly with each other, even when outside the coverage of a mobile network, or when the mobile network is not operational. Up until now this has not been possible with LTE, but it has been set as one of the objectives of LTE D2D.

It may appear that there is nothing new about local-area device-to-device communication. For example, WiFi and Bluetooth have supported short-range wireless communication of this sort for many years. However, these technologies have shortcomings that would undermine their ability to support mass market deployment of proximity-based services:

Unlicensed spectrum. WiFi and Bluetooth operate in unlicensed spectrum, without any centralised control of usage or interference. This is not generally a problem when usage densities are low, but it would become a major limitation as proximity-based services proliferate. Throughput, range and reliability would all suffer.
Manual pairing. WiFi and Bluetooth rely on manual pairing of devices to enable communication between them, which would be a serious stumbling block for autonomous, dynamic proximity-based services.
Security. The security features of WiFi and Bluetooth are much less robust than those used in public cellular systems. They would not be adequate for major public services and they would be unsuitable for public safety applications.
Independence from cellular networks. WiFi and Bluetooth operate independently from cellular radio technology such as LTE. Any form of device-to-device discovery based on them would have to run in parallel with cellular radio operation, which would be inefficient and would become a significant drain on device batteries.
Integrating D2D into the LTE-Advanced system offers the prospect of a spectrum-efficient, energy-efficient and secure solution for proximity discovery and device-to-device communication, which would benefit from the LTE eco-system of spectrum, mobile devices and network equipment. It could put mobile network operators at the heart of the emerging market for proximity-based services, as well as satisfying the needs of public safety organisations. Some of the potential benefits of LTE D2D include:

Radio resource management. Unlike Bluetooth and WiFi, LTE operates in licensed spectrum and the radio resources are carefully managed by the network, to minimise interference and maximise the performance of the system. The same mechanisms can be extended to D2D.
Performance. Direct communication between nearby devices may be able to achieve even higher throughput and lower latency than communication through an LTE base station. For example, the devices may be closer to each other than either of them is to the nearest base station and a busy base station may be a bottleneck. The network can still exert control over the radio resources used for these connections, to maximise the range, throughput and overall system capacity.
Spectrum reuse. D2D could enable even tighter reuse of spectrum than can be achieved by LTE small cells, by confining radio transmissions to the point-to-point connection between two devices.
Network load. Relieving the base stations and other network components of an LTE network of some of their traffic-carrying responsibilities, for example carrying rich media content directly between mobile terminals, will reduce the network load and increase its effective capacity.
Energy efficiency. Integrating D2D into the LTE system provides the opportunity to achieve energy-efficient device discovery, for example by avoiding the need to scan for other wireless technologies, by synchronising the transmission and reception of discovery signals to minimise their duty cycle and by waking application software only when relevant devices are found in the local area. Meanwhile, direct transmission between nearby devices can be achieved with low transmission power.
Security. D2D can take advantage of the key generation and distribution mechanisms already available in LTE, to achieve high levels of security.
Standardisation. Incorporating D2D into the LTE standard will provide a common set of tools for proximity-based services, rather than a disparate set of approaches by different application providers. Public safety organisations can benefit from the worldwide economies of scale achieved by the broader LTE system.
The 3GPP solution for D2D is termed Proximity Services (ProSe) and has two main components, illustrated in the figure below:

D2D Discovery enables a mobile device to use the LTE radio interface to discover the presence of other D2D-capable devices in its vicinity and, where permitted, to ascertain certain information about them.
D2D Communication is the facility for D2D mobile devices to use the LTE radio interface to communicate directly with each other, without routing the traffic through the LTE network. The network exerts a light touch by controlling the radio resource allocation and security of the connections.
Diagram illustrating the principles of LTE D2D discovery and communication

The aim is to provide D2D services over ranges of up to 500m (dependent on propagation conditions and network loading). For general public services, D2D will be available only when a mobile device is within the coverage of the mobile network, which will allow the network to retain ultimate control over radio resources and security. For public safety applications only, rudimentary D2D capabilities will also be available in the absence of a network.

D2D is a significant departure from the normal mode of operation in LTE (and other cellular networks) and it introduces some interesting design challenges for 3GPP. Here are just a few:

A choice between LTE uplink and downlink for D2D communication (with implications for interference, capacity, handset complexity and regulation).
A choice between OFDMA and SC-FDMA for D2D communication (with consequences for handset complexity in particular).
A choice between static or dynamic allocation of radio resources for D2D discovery and communication.
Different propagation characteristics for D2D communication (where both ends of the link are low and mobile) compared with traditional cellular networks (where one end of the link is generally high and fixed).
Co-existence of D2D and normal LTE (e.g. interference caused by a mobile operating in D2D mode adjacent to a mobile operating in normal LTE mode, if one is transmitting and the other is receiving in the same band).
Division of D2D control functions between the network and mobile devices when in coverage (to achieve efficient operation while maintaining the integrity of radio resource management and security).
Division of D2D control functions between mobile devices when out of coverage (e.g. uniformly distributed or centralised).
Reuse of existing LTE features and protocols where possible.
New features and protocols to accommodate unique aspects of D2D (e.g. resource management, synchronisation, power control, error control,

Kết quả (Việt) 2:

LTE D2D là một cơ hội lớn cho các nhà khai thác mạng di động, nhưng nó là một sự phát triển phức tạp, trong đó có thể có những hậu quả sâu rộng cho thiết kế mạng lưới điện thoại di động. D2D sẽ thiết lập một tiền lệ cho các mạng từ bỏ một số quyền kiểm soát của họ về các thiết bị di động và lưu lượng truy cập và nó sẽ có tác động đối với các dịch vụ hiện có và quy hoạch mạng lưới trong tương lai. Trong những năm gần đây, thông tin gần gũi và dựa trên các ứng dụng đã trở thành một khu vực chính của lãi suất cho Internet ngành công nghiệp, đặc biệt là các mạng xã hội. Các ứng dụng có liên quan nhiều hơn có thể được thực hiện cho một người sử dụng tại một thời điểm cụ thể, trong một địa điểm cụ thể và trong một tình huống đặc biệt, có giá trị hơn nó sẽ trở thành, và nhiều khả năng nó là người dùng sẽ hành động trên nó. Điều này đã dẫn đến những khái niệm như "nhận thức môi trường xung quanh" và "Phát hiện gần", trong đó các ứng dụng tìm kiếm môi trường địa phương của họ cho người dân, thông tin, sản phẩm hoặc dịch vụ có liên quan đến người dùng của họ. Ví dụ, một tay golf có thể quan tâm được cảnh báo về một lời mời đặc biệt tại một cửa hàng golf địa phương khi cô đi qua gần đó, một người sử dụng Facebook có thể được cảnh báo về sự hiện diện của một người bạn tại một quán cà phê địa phương, và một fan hâm mộ sân khấu có thể được gửi đoạn video nổi bật của một vở nhạc kịch mới khi anh đi qua các phòng vé. chơi Internet lớn, bao gồm Facebook, Google và Twitter, đã được mua lại hoặc phát triển các thành phần dựa trên địa điểm cho các nền tảng trực tuyến của họ. Các phương pháp thường dựa trên một ứng dụng theo dõi vị trí của người dùng hoặc thiết bị (trong một số trường hợp phải can thiệp bằng tay của người sử dụng) và tham khảo chéo các vị trí của các thiết bị và các tài nguyên trong mạng để kích hoạt sự kiện. Điều này dẫn đến các giải pháp được tập trung (yêu cầu chế biến sâu rộng trong mạng) và bị phân mảnh (mỗi nhà cung cấp ứng dụng có để thu thập dữ liệu vị trí riêng của mình). Những đặc điểm này thật sự giới hạn tiềm năng thị trường đại chúng của các phương pháp này, vì các lý do kỹ thuật (ví dụ như hiệu suất của các dịch vụ tập trung và cống pin của báo cáo vị trí nhân rộng) và lý do bảo mật (ví dụ như hạn chế để các thông tin có thể được thu thập và lưu trữ bởi các ứng dụng). LTE D2D có thể cung cấp một cách tiếp cận phân cấp để phát hiện sự gần gũi và giao tiếp thiết bị đến thiết bị, đó là hiệu quả, linh hoạt, năng động và an toàn, cho phép các dịch vụ dựa trên sự gần gũi để phát triển. Các nhà khai thác mạng di động sau đó sẽ tổ chức một đoạn quan trọng của trò chơi lắp hình trong việc phân phối các thị trường đại chúng các dịch vụ Internet di động hấp dẫn. dịch vụ tiệm cận dựa trên không phải là động lực duy nhất cho LTE D2D. Trên khuôn mặt của nó, khả năng và kinh tế của LTE phải là một lựa chọn hấp dẫn cho các tổ chức an toàn công cộng, chẳng hạn như các dịch vụ cảnh sát, cứu hỏa và xe cứu thương. Nhiều người trong số các tổ chức đang sử dụng công nghệ tương đối cũ, chẳng hạn như hệ thống TETRA phát triển vào những năm 1990, với khả năng hạn chế. Chính phủ Hoa Kỳ đã bày tỏ mong muốn chuyển tới LTE cho thông tin liên lạc an toàn công cộng trong tương lai. Tuy nhiên, một yêu cầu quan trọng đối với những người dùng là khả năng cho các thiết bị di động để giao tiếp trực tiếp với nhau, ngay cả khi ngoài vùng phủ sóng của một mạng điện thoại di động, hoặc khi các mạng di động không hoạt động. Cho đến bây giờ điều này đã không được có thể với LTE, nhưng nó đã được thiết lập như là một trong những mục tiêu của LTE D2D. Nó có thể xuất hiện mà không có gì mới về địa phương, khu vực giao tiếp thiết bị đến thiết bị là. Ví dụ, WiFi và Bluetooth đã được hỗ trợ ngắn phạm vi giao tiếp không dây loại này trong nhiều năm. Tuy nhiên, các công nghệ này có những thiếu sót đó sẽ làm suy yếu khả năng của họ để hỗ trợ triển khai thị trường khối lượng của các dịch vụ dựa trên sự gần gũi: Không có giấy phép phổ. WiFi và Bluetooth hoạt động trong phổ không có giấy phép, không có bất kỳ kiểm soát tập trung sử dụng hoặc can thiệp. Đây không phải là nói chung là một vấn đề khi sử dụng mật độ thấp, nhưng nó sẽ trở thành một hạn chế lớn như các dịch vụ gần dựa trên sinh sôi nảy nở. Throughput, phạm vi và độ tin cậy tất cả sẽ bị ảnh hưởng. Manual ghép nối. WiFi và Bluetooth dựa trên hướng dẫn kết nối của các thiết bị để cho phép giao tiếp giữa chúng, đó sẽ là một trở ngại nghiêm trọng đối với tự chủ, dịch vụ gần dựa trên năng động. Security. Các tính năng bảo mật của WiFi và Bluetooth là ít hơn nhiều mạnh mẽ hơn so với những người sử dụng trong hệ thống di động công cộng. Họ sẽ không đủ cho các dịch vụ công cộng lớn và họ sẽ là không thích hợp cho các ứng dụng an toàn công cộng. Độc lập từ các mạng di động. WiFi và Bluetooth hoạt động độc lập từ công nghệ vô tuyến di động như LTE. Bất kỳ hình thức phát hiện thiết bị đến thiết bị dựa trên chúng sẽ phải chạy song song với các hoạt động vô tuyến di động, đó sẽ là không hiệu quả và sẽ trở thành một cống lớn đến pin điện thoại. Tích hợp D2D vào hệ thống LTE-Advanced cung cấp triển vọng của một phổ hiệu quả, tiết kiệm năng lượng và giải pháp an toàn cho khám phá gần gũi và giao tiếp thiết bị đến thiết bị, mà sẽ được hưởng lợi từ LTE hệ thống sinh thái của quang phổ, thiết bị di động và thiết bị mạng. Nó có thể đưa các nhà khai thác mạng di động tại các trung tâm của các thị trường mới nổi cho các dịch vụ dựa trên sự gần gũi, cũng như đáp ứng nhu cầu của các tổ chức an toàn công cộng. Một số lợi ích tiềm năng của LTE D2D bao gồm: quản lý tài nguyên vô tuyến. Không giống như Bluetooth và WiFi, LTE hoạt động trong phổ tần được cấp phép và các tài nguyên vô tuyến được quản lý một cách cẩn thận bởi mạng, để giảm thiểu nhiễu và tối đa hóa hiệu suất của hệ thống. Các cơ chế tương tự có thể được mở rộng để D2D. Performance. Truyền thông trực tiếp giữa các thiết bị gần đó có thể có thể đạt được thông lượng cao hơn và độ trễ thấp hơn so với giao tiếp thông qua một trạm gốc LTE. Ví dụ, các thiết bị có thể được gần gũi hơn với nhau hơn cả trong số họ là các trạm cơ sở gần nhất và một trạm cơ sở bận rộn có thể là một nút cổ chai. Các mạng vẫn có thể kiểm soát lên các tài nguyên vô tuyến được sử dụng cho những kết nối, để tối đa hóa phạm vi, thông lượng và công suất hệ thống tổng thể. tái sử dụng Spectrum. D2D có thể cho phép sử dụng lại chặt hơn của phổ tần hơn có thể đạt được bởi các tế bào nhỏ LTE, bởi nhốt truyền vô tuyến để kết nối point-to-point giữa hai thiết bị. tải Network. Các biện pháp giảm các trạm gốc và thành phần mạng khác của một mạng LTE của một số trách nhiệm giao thông mang họ, ví dụ mang nội dung phong phú phương tiện truyền thông trực tiếp giữa các thiết bị đầu cuối di động, sẽ giảm tải mạng và tăng năng lực hiệu quả của nó. Năng lượng hiệu quả. Tích hợp D2D vào hệ thống LTE cung cấp cơ hội để đạt được phát hiện thiết bị tiết kiệm năng lượng, ví dụ bằng cách tránh sự cần thiết để quét cho các công nghệ không dây khác, bằng cách đồng bộ việc truyền và nhận tín hiệu phát hiện để giảm thiểu chu kỳ nhiệm vụ của mình và của thức phần mềm ứng dụng chỉ khi các thiết bị liên quan được tìm thấy trong các khu vực địa phương. Trong khi đó, truyền trực tiếp giữa các thiết bị gần đó có thể đạt được với sức mạnh truyền tải thấp. Security. D2D có thể tận dụng lợi thế của cơ chế xuất và phân phối trọng điểm đã có sẵn trong LTE, để đạt được mức độ bảo mật cao. Tiêu chuẩn hóa. Kết hợp D2D vào các tiêu chuẩn LTE sẽ cung cấp một tập hợp chung của các công cụ cho các dịch vụ dựa trên sự gần gũi, chứ không phải là một tập hợp khác nhau của phương pháp tiếp cận của các nhà cung cấp ứng dụng khác nhau. Tổ chức an toàn công cộng có thể được hưởng lợi từ các nền kinh tế trên toàn thế giới về quy mô đạt được bằng các hệ thống LTE rộng lớn hơn. Các giải pháp 3GPP cho D2D được gọi là dịch vụ tiệm cận (văn xuôi) và có hai thành phần chính, được minh họa trong hình dưới đây: D2D Discovery cho phép một thiết bị di động sử dụng giao diện vô tuyến LTE để khám phá ra sự hiện diện của các thiết bị khác D2D-có khả năng trong vùng lân cận của nó và, nếu được phép, để xác định một số thông tin về họ. D2D Truyền thông là cơ sở cho các thiết bị di động D2D để sử dụng giao diện vô tuyến LTE để giao tiếp trực tiếp với nhau , mà không có định tuyến lưu lượng thông qua các mạng LTE. Các mạng tạo nên một cảm ứng ánh sáng bằng cách kiểm soát việc phân bổ tài nguyên vô tuyến và bảo mật các kết nối. Sơ đồ minh họa các nguyên tắc của LTE D2D khám phá và truyền thông Mục đích là để cung cấp các dịch vụ D2D trên phạm vi lên đến 500m (phụ thuộc vào các điều kiện tuyên truyền và tải trên mạng) . Đối với dịch vụ công cộng nói chung, D2D sẽ chỉ có sẵn khi một thiết bị di động là trong vùng phủ sóng của mạng di động, mà sẽ cho phép mạng để giữ quyền kiểm soát tối thượng trên tài nguyên vô tuyến và bảo mật. Đối với các ứng dụng an toàn công cộng chỉ, khả năng D2D thô sơ cũng sẽ có mặt trong sự vắng mặt của một mạng. D2D là một sự chuyển hướng từ các chế độ vận hành bình thường trong LTE (và các mạng di động khác) và nó giới thiệu một số thách thú vị cho 3GPP. Đây chỉ là một vài ví dụ: . Một sự lựa chọn giữa LTE uplink và downlink cho truyền thông D2D (với ý nghĩa đối với sự can thiệp, công suất, thiết bị cầm tay phức tạp và quy chế) Một sự lựa chọn giữa OFDMA và SC-FDMA cho truyền thông D2D (với những hậu quả phức tạp cho thiết bị cầm tay đặc biệt) . Một sự lựa chọn giữa việc phân bổ tĩnh hoặc động của tài nguyên vô tuyến cho khám phá của D2D và truyền thông. đặc tính truyền sóng khác nhau để liên lạc D2D (nơi mà cả hai đầu của liên kết là thấp và di động) so với các mạng di động truyền thống (nơi mà một đầu của liên kết nói chung là cao và cố định). Co-sự tồn tại của D2D và LTE bình thường (ví dụ như can thiệp gây ra bởi một điện thoại di động hoạt động ở chế độ D2D tiếp giáp với một điện thoại di động hoạt động ở chế độ LTE bình thường, nếu một là truyền và khác đang nhận được ở cùng một ban nhạc). Phòng chức năng điều khiển D2D giữa mạng và các thiết bị di động khi trong vùng phủ sóng (để đạt được hoạt động hiệu quả trong khi duy trì sự toàn vẹn của quản lý tài nguyên vô tuyến và bảo mật). Bộ phận chức năng điều khiển D2D giữa các thiết bị di động khi ngoài vùng phủ sóng (ví dụ như phân bố đều hay tập trung). Tái sử dụng các tính năng hiện có LTE và các giao thức có thể. Các tính năng mới và các giao thức để chứa các khía cạnh độc đáo của D2D (ví dụ như quản lý tài nguyên, đồng bộ, điều khiển điện, kiểm soát lỗi,