第五课：LTE网络构架

                                                                                                第五课：LTE网络结构    3GPP系统架构演进（SAE）    3GPP R8（Release 8）在提出 LTE的同时，也提出了 SAE（Service Architecture Evolution  系 统体系结构演进）的概念，SAE由演进分组核心网（EPC Evolved Packet Core）和演进统一陆 地无线接入网（E‐UTRAN）两大部分构成。SAE采用了全 IP的构架，简化了网络结构，使之 更加扁平，集成其他非 3GPP的接入技术，能支持更加灵活的业务。该体系结构将节点类型 从以前的 4 种（NodeB，RNC，SGSN  和 GGSN）缩减到只有 2 种（eNodeB 和 GW）。所有接 口均支持基于 IP 的协议，所有的业务，包括语言基于 IP（VoIP）的数据连接，节约了运营 商的成本。演进系统支持不同的 IP版本，并支持没有 IP连接的终端的 IP地址配置，在终端 附着到网络的初始接入阶段就建立 IP。    演进分组核心网（EPC）提供通向外部数据网络（例如互联网，公司局域网）和运营商 业务（例如彩信，多媒体广播与多播业务）的通道，支持多种不同接入技术（例如，EDGE， WCDMA，LTE，WLAN，CDMA2000等）之间的移动切换。演进统一陆地无线接入网（E‐UTRAN） 负责所有激活终端（例如传送数据的终端）与无线相关的功能。终端直接接入无线网络的演 进基站（eNodeB），然后通过 EPC获得相应的服务。EPC包括控制平面和用户平面，移动性 管理实体（MMS）是工作在控制平面的节点。用户平面由两个节点服务网关（S‐GW）和分 组数据网网关（P‐GW）组成，分组数据网网关（P‐GW）是所有接入技术的通用锚点，为所 有用户提供一个稳定的 IP 接入点，无论他们是在一种接入技术之内移动，还是在多种接入 技术之间移动。服务网关（S‐GW）是 3GPP 移动网络内的锚点，负责接入 eNodeB，为 LTE 接入用户的移动提供服务。移动性管理实体功能与网关功能分离，即控制平面/用户平面分 离，有助于网络部署、单个技术的演进以及全面灵活的扩容。    SAE 是一个同时支持 GSM、WCDMA/HSPA 和 LTE 技术的通用分组核心网，实现用户在 LTE系统和其他系统之间无缝移动，实现从 3G到 LTE的灵活迁移，也能够集成采用基于客户 端和网络的移动 IP，WiMAX 等的非 3GPP接入技术。    本文由论坛会员 kokoro 投稿，感谢他的贡献。 希望广大C友积极投稿，投稿其实也是深度学习的一种途径，投稿信箱： luntan@mscbsc.com                                                                                                   1、LTE系统结构   整个LTE系统由演进型分组核心网（Evolved Packet Core，EPC）、演进型基站（eNodeB） 和用户设备（UE）三部分组成，如图1所示。其中，EPC负责核心网部分，EPC控制处理部 分称为MME，数据承载部分称为SAE Gateway (S-GW)；eNode B负责接入网部分，也称 E-UTRAN；UE指用户终端设备。 图1：LTE网络构架 eNode B与EPC通过S1接口连接；eNode B之间通过X2接口连接；eNode B与UE之间通过 Uu接口连接。与UMTS相比，由于NodeB和RNC融合为网元eNodeB，所以LTE少了Iub接口。X2 接口类似于Iur接口，S1接口类似于Iu接口，但都有较大简化。 相应的，其核心网和接入网的功能划分也有所变化，如图2所示：                                                                                               图2 核心网和接入网之间功能划分 MME的功能主要包括：寻呼消息发送；安全控制；Idle状态的移动性管理；SAE承载管 理；以及NAS信令的加密与完整性保护等。   S‐GW的功能主要包括：数据的路由和传输，以及用户面数据的加密。   2、空中接口协议栈 空中接口是指终端和接入网之间的接口，通常也称之为无线接口。无线接口协议主要是 用来建立、重配置和释放各种无线承载业务。无线接口协议栈根据用途分为用户平面协议栈 和控制平面协议栈。 2.1 控制平面协议 控制平面负责用户无线资源的管理，无线连接的建立，业务的QoS保证和最终的资源释                                                                                               放，如图3所示： 控制平面协议栈主要包括非接入层（Non‐Access Stratum，NAS）、无线资源控制子层 （Radio Resource Control，RRC）、分组数据汇聚子层（Packet Date Convergence Protocol， PDCP ） 、 无 线 链 路 控 制 子 层 （ Radio Link Control ， RLC ） 及 媒 体 接 入 控 制 子 层 （Media Access Control，MAC）。   控制平面的主要功能由上层的RRC层和非接入子层（NAS）实现。   NAS控制协议实体位于终端UE和移动管理实体MME内，主要负责非接入层的管理和控制。 实现的功能包括：EPC承载管理，鉴权，产生LTE‐IDLE状态下的寻呼消息，移动性管理，安全 控制等。   RRC协议实体位于UE和eNode B网络实体内，主要负责接入层的管理和控制，实现的功 能包括：系统消息广播，寻呼建立、管理、释放，RRC连接管理，无线承载（Radio Bearer， RB）管理，移动性功能，终端的测量和测量上报控制。   PDCP、MAC和RLC的功能和在用户平面协议实现的功能相同   2.2 用户平面协议 用户平面用于执行无线接入承载业务，主要负责用户发送和接收的所有信息的处理，如 图2‐4所示：                                                                                                      图4 用户平面协议栈   用户平面协议栈主要由MAC，RLC，PDCP三个子层构成。   PDCP主要任务是头压缩，用户面数据加密。   MAC子层实现与数据处理相关的功能，包括信道管理与映射、数据包的封装与解封装， HARQ功能，数据调度，逻辑信道的优先级管理等。   RLC实现的功能包括数据包的封装和解封装，ARQ过程，数据的重排序和重复检测，协 议错误检测和恢复等。     3、S1接口协议栈 3.1 S1接口用户平面 S1用户面接口（S1‐U）是指连接在eNode B和S‐GW之间的接口。S1‐U接口提供eNode B 和S‐GW之间用户平面协议数据单元（Protocol Date Unite，PDU）的非保障传输。S1接口用 户平面协议栈如图2‐5所示。S1‐U的传输网络层建立在IP层之上，UDP/IP 协议之上采用GPRS 用户平面隧道协议（GPRS Tunneling Protocol for User Plane，GTP‐U）来传输S‐GW和eNode B 之间的用户平面PDU。                                                                                                 图5 S1接口用户平面（eNB-S-GW） 3.2 S1接口控制平面 S1控制平面接口（S1‐MME）是指连接在eNode B和MME之间的接口。S1控制平面接口 如图6所示。与用户平面类似，传输网络层建立在IP传输基础上；不同之处在于IP层之上采用 SCTP层来实现信令消息的可靠传输。应用层协议栈可参考S1‐AP(S1应用协议)。      图6 S1接口控制平面（eNB-MME）                                                                                                 在IP传输层， PDU的传输采用点对点方式。每个S1‐MME接口实例都关联一个单独的SCTP， 与一对流指示标记作用于S1‐MME公共处理流程中；只有很少的流指示标记作用于S1‐MME 专用处理流程中。   MME分配的针对S1‐MME 专用处理流程的MME通信上下文指示标记，以及eNode B分配 的针对S1‐MME专用处理流程的eNode B通信上下文指示标记，都应当对特定UE的S1‐MME信 令传输承载进行区分。通信上下文指示标记在各自的S1‐AP消息中单独传送。     3.3 主要功能 S1接口主要具备以下功能：   （1）EPS承载服务管理功能，包括EPS承载的建立、修改和释放。   （2）S1接口UE上下文管理功能。   （ 3） EMM‐CONNECTED状态下针对UE的移动性管理功能。包括 Intra‐LTE切换、 Inter‐3GPP‐RAT切换。   （4）S1接口寻呼功能。寻呼功能支持向UE注册的所有跟踪区域内的小区中发送寻呼请 求。基于服务MME中UE的移动性管理内容中所包含的移动信息，寻呼请求将被发送到相关 eNode B。   （5）NAS信令传输功能。提供UE与核心网之间非接入层的信令的透明传输。   （6）S1接口管理功能。如错误指示、S1接口建立等。   （7）网络共享功能。   （8）漫游与区域限制支持功能。   （9）NAS节点选择功能。   （10）初始上下文建立功能。     4、 X2接口协议栈 4.1 X2接口用户平面 X2接口用户平面提供eNode B之间的用户数据传输功能。X2的用户平面协议栈如图2‐7 所示，与S1‐UP协议栈类似，X2‐UP的传输网络层基于IP传输，UDP/IP之上采用GTP‐U来传输 eNode B之间的用户面PDU。                                                                                                      图7 X2接口用户面（eNB-eNB）   4.2 X2接口控制平面 X2控制面接口(X2‐CP)定义为连接eNB之间接口的控制面。X2接口控制面的协议栈如图8 所示，传输网络层是建立在SCTP上，SCTP是在IP上。应用层的信令协议 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 示为X2‐AP(X2应用 协议)。 图8 X2接口控制面                                                                                               每X2‐C接口含一个单一的SCTP并具有双流标识的应用场景应用X2‐C的一般流程。具有多 对流标识仅应用于X2‐C的特定流程。源eNB为X2‐C的特定流程分配源eNB通信的上下文标识， 目标eNB为X2‐C的特定流程分配目标eNB通信的上下文标识。这些上下文标识用来区别UE特 定的X2‐C信令传输承载。通信上下文标识通过各自的X2‐AP消息传输。 4.3 主要功能 X2‐AP协议主要支持以下功能：    （1）支持UE在EMM‐CONNECTED状态时的LTE接入系统内的移动性管理功能。如在切换 过程中由源eNB到目标eNB的上下文传输；源eNB与目标eNB之间用户平面隧道的控制、切换 取消等。   （2）上行负载管理功能。   （3）一般性的X2管理和错误处理功能，如错误指示等。     本文由论坛会员 lsaaa 投稿，感谢他的贡献。 希望广大C友积极投稿，投稿其实也是深度学习的一种途径，投稿信箱： luntan@mscbsc.com   ———————————————————— 《LTE 每天一课》 由移动通信网发起，在 2013 年 6 月份每天发送到微信，欢迎添加 MSCBSC 官方微信为好友（微信号：mscbsc888，或直接扫描下面二维码）