第五課LTE網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

1、1 3GPP系統(tǒng)架構(gòu)演進(jìn)（SAE）3GPP R8（Release 8）在提出LTE的同時(shí)，也提出了SAE（Service Architecture Evolution 系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)演進(jìn)）的概念，SAE由演進(jìn)分組核心網(wǎng)（EPC Evolved Packet Core）和演進(jìn)統(tǒng)一陸地?zé)o線接入網(wǎng)（E-UTRAN）兩大部分構(gòu)成。SAE采用了全I(xiàn)P的構(gòu)架，簡(jiǎn)化了網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，使之更加扁平，集成其他非3GPP的接入技術(shù)，能支持更加靈活的業(yè)務(wù)。該體系結(jié)構(gòu)將節(jié)點(diǎn)類型從以前的4種（NodeB，RNC，SGSN 和GGSN）縮減到只有2種（eNodeB和GW）。所有接口均支持基于IP的協(xié)議，所有的業(yè)務(wù)，包括語言基于I

2、P（VoIP）的數(shù)據(jù)連接，節(jié)約了運(yùn)營(yíng)商的成本。演進(jìn)系統(tǒng)支持不同的IP版本，并支持沒有IP連接的終端的IP地址配置，在終端附著到網(wǎng)絡(luò)的初始接入階段就建立IP。演進(jìn)分組核心網(wǎng)（EPC）提供通向外部數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)（例如互聯(lián)網(wǎng)，公司局域網(wǎng)）和運(yùn)營(yíng)商業(yè)務(wù)（例如彩信，多媒體廣播與多播業(yè)務(wù)）的通道，支持多種不同接入技術(shù)（例如，EDGE，WCDMA，LTE，WLAN，CDMA2000等）之間的移動(dòng)切換。演進(jìn)統(tǒng)一陸地?zé)o線接入網(wǎng)（E-UTRAN）負(fù)責(zé)所有激活終端（例如傳送數(shù)據(jù)的終端）與無線相關(guān)的功能。終端直接接入無線網(wǎng)絡(luò)的演進(jìn)基站（eNodeB），然后通過EPC獲得相應(yīng)的服務(wù)。EPC包括控制平面和用戶平面，移動(dòng)性管理實(shí)

3、體（MMS）是工作在控制平面的節(jié)點(diǎn)。用戶平面由兩個(gè)節(jié)點(diǎn)服務(wù)網(wǎng)關(guān)（S-GW）和分組數(shù)據(jù)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)（P-GW）組成，分組數(shù)據(jù)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)（P-GW）是所有接入技術(shù)的通用錨點(diǎn)，為所有用戶提供一個(gè)穩(wěn)定的IP接入點(diǎn)，無論他們是在一種接入技術(shù)之內(nèi)移動(dòng)，還是在多種接入技術(shù)之間移動(dòng)。服務(wù)網(wǎng)關(guān)（S-GW）是3GPP移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的錨點(diǎn)，負(fù)責(zé)接入eNodeB，為L(zhǎng)TE接入用戶的移動(dòng)提供服務(wù)。移動(dòng)性管理實(shí)體功能與網(wǎng)關(guān)功能分離，即控制平面/用戶平面分離，有助于網(wǎng)絡(luò)部署、單個(gè)技術(shù)的演進(jìn)以及全面靈活的擴(kuò)容。SAE是一個(gè)同時(shí)支持GSM、WCDMA/HSPA和LTE技術(shù)的通用分組核心網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)用戶在LTE系統(tǒng)和其他系統(tǒng)之間無縫移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)從3

4、G到LTE的靈活遷移，也能夠集成采用基于客戶端和網(wǎng)絡(luò)的移動(dòng)IP，WiMAX等的非3GPP接入技術(shù)。2 LTE系統(tǒng)結(jié)構(gòu)整個(gè)LTE系統(tǒng)由演進(jìn)型分組核心網(wǎng)（Evolved Packet Core，EPC）、演進(jìn)型基站（eNodeB）和用戶設(shè)備（UE）三部分組成，如圖1所示。其中，EPC負(fù)責(zé)核心網(wǎng)部分，EPC控制處理部分稱為MME，數(shù)據(jù)承載部分稱為SAE Gateway (S-GW)；eNode B負(fù)責(zé)接入網(wǎng)部分，也稱E-UTRAN；UE指用戶終端設(shè)備。 圖1：LTE網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架eNode B與EPC通過S1接口連接；eNode B之間通過X2接口連接；eNode B與UE之間通過Uu接口連接。與UMTS

5、相比，由于NodeB和RNC融合為網(wǎng)元eNodeB，所以LTE少了Iub接口。X2接口類似于Iur接口，S1接口類似于Iu接口，但都有較大簡(jiǎn)化。相應(yīng)的，其核心網(wǎng)和接入網(wǎng)的功能劃分也有所變化，如圖2所示： 圖2 核心網(wǎng)和接入網(wǎng)之間功能劃分 MME的功能主要包括：尋呼消息發(fā)送；安全控制；Idle狀態(tài)的移動(dòng)性管理；SAE承載管理；以及NAS信令的加密與完整性保護(hù)等。 SGW的功能主要包括：數(shù)據(jù)的路由和傳輸，以及用戶面數(shù)據(jù)的加密。3 空中接口協(xié)議棧 空中接口是指終端和接入網(wǎng)之間的接口，通常也稱之為無線接口。無線接口協(xié)議主要是用來建立、重配置和釋放各種無線承載業(yè)務(wù)。無線接口協(xié)議棧根據(jù)用途分為用戶平面協(xié)議

6、棧和控制平面協(xié)議棧。3.1 控制平面協(xié)議控制平面負(fù)責(zé)用戶無線資源的管理，無線連接的建立，業(yè)務(wù)的QoS保證和最終的資源釋放，如圖3所示： 控制平面協(xié)議棧主要包括非接入層（NonAccess Stratum，NAS）、無線資源控制子層（Radio Resource Control，RRC）、分組數(shù)據(jù)匯聚子層（Packet Date Convergence Protocol，PDCP）、無線鏈路控制子層（Radio Link Control，RLC）及媒體接入控制子層（Media Access Control，MAC）。 控制平面的主要功能由上層的RRC層和非接入子層（NAS）實(shí)現(xiàn)。 NAS控制協(xié)議

7、實(shí)體位于終端UE和移動(dòng)管理實(shí)體MME內(nèi)，主要負(fù)責(zé)非接入層的管理和控制。實(shí)現(xiàn)的功能包括：EPC承載管理，鑒權(quán)，產(chǎn)生LTEIDLE狀態(tài)下的尋呼消息，移動(dòng)性管理，安全控制等。 RRC協(xié)議實(shí)體位于UE和eNode B網(wǎng)絡(luò)實(shí)體內(nèi)，主要負(fù)責(zé)接入層的管理和控制，實(shí)現(xiàn)的功能包括：系統(tǒng)消息廣播，尋呼建立、管理、釋放，RRC連接管理，無線承載（Radio Bearer，RB）管理，移動(dòng)性功能，終端的測(cè)量和測(cè)量上報(bào)控制。 PDCP、MAC和RLC的功能和在用戶平面協(xié)議實(shí)現(xiàn)的功能相同3.2 用戶平面協(xié)議 用戶平面用于執(zhí)行無線接入承載業(yè)務(wù)，主要負(fù)責(zé)用戶發(fā)送和接收的所有信息的處理，如圖24所示：  圖4 用戶平

8、面協(xié)議棧 用戶平面協(xié)議棧主要由MAC，RLC，PDCP三個(gè)子層構(gòu)成。 PDCP主要任務(wù)是頭壓縮，用戶面數(shù)據(jù)加密。 MAC子層實(shí)現(xiàn)與數(shù)據(jù)處理相關(guān)的功能，包括信道管理與映射、數(shù)據(jù)包的封裝與解封裝，HARQ功能，數(shù)據(jù)調(diào)度，邏輯信道的優(yōu)先級(jí)管理等。 RLC實(shí)現(xiàn)的功能包括數(shù)據(jù)包的封裝和解封裝，ARQ過程，數(shù)據(jù)的重排序和重復(fù)檢測(cè)，協(xié)議錯(cuò)誤檢測(cè)和恢復(fù)等。 4 S1接口協(xié)議棧 4.1 S1接口用戶平面 S1用戶面接口（S1U）是指連接在eNode B和SGW之間的接口。S1U接口提供eNode B和SGW之間用戶平面協(xié)議數(shù)據(jù)單元（Protocol Date Unite，PDU）的非保障傳輸。S1接口用戶平面協(xié)

9、議棧如圖25所示。S1U的傳輸網(wǎng)絡(luò)層建立在IP層之上，UDP/IP 協(xié)議之上采用GPRS用戶平面隧道協(xié)議（GPRS Tunneling Protocol for User Plane，GTPU）來傳輸SGW和eNode B之間的用戶平面PDU。 圖5 S1接口用戶平面（eNB-S-GW） 4.2 S1接口控制平面 S1控制平面接口（S1MME）是指連接在eNode B和MME之間的接口。S1控制平面接口如圖6所示。與用戶平面類似，傳輸網(wǎng)絡(luò)層建立在IP傳輸基礎(chǔ)上；不同之處在于IP層之上采用SCTP層來實(shí)現(xiàn)信令消息的可靠傳輸。應(yīng)用層協(xié)議棧可參考S1AP(S1應(yīng)用協(xié)議)。 圖6 S1接口控制平面（e

10、NB-MME） 在IP傳輸層， PDU的傳輸采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)方式。每個(gè)S1MME接口實(shí)例都關(guān)聯(lián)一個(gè)單獨(dú)的SCTP，與一對(duì)流指示標(biāo)記作用于S1MME公共處理流程中；只有很少的流指示標(biāo)記作用于S1MME專用處理流程中。 MME分配的針對(duì)S1MME 專用處理流程的MME通信上下文指示標(biāo)記，以及eNode B分配的針對(duì)S1MME專用處理流程的eNode B通信上下文指示標(biāo)記，都應(yīng)當(dāng)對(duì)特定UE的S1MME信令傳輸承載進(jìn)行區(qū)分。通信上下文指示標(biāo)記在各自的S1AP消息中單獨(dú)傳送。 4.3 主要功能 S1接口主要具備以下功能： （1）EPS承載服務(wù)管理功能，包括EPS承載的建立、修改和釋放。 （2）S1接口UE上下

11、文管理功能。 （3）EMMCONNECTED狀態(tài)下針對(duì)UE的移動(dòng)性管理功能。包括IntraLTE切換、Inter3GPPRAT切換。 （4）S1接口尋呼功能。尋呼功能支持向UE注冊(cè)的所有跟蹤區(qū)域內(nèi)的小區(qū)中發(fā)送尋呼請(qǐng)求。基于服務(wù)MME中UE的移動(dòng)性管理內(nèi)容中所包含的移動(dòng)信息，尋呼請(qǐng)求將被發(fā)送到相關(guān)eNode B。 （5）NAS信令傳輸功能。提供UE與核心網(wǎng)之間非接入層的信令的透明傳輸。 （6）S1接口管理功能。如錯(cuò)誤指示、S1接口建立等。 （7）網(wǎng)絡(luò)共享功能。 （8）漫游與區(qū)域限制支持功能。 （9）NAS節(jié)點(diǎn)選擇功能。 （10）初始上下文建立功能。 5 X2接口協(xié)議棧 5.1 X2接口用戶平面

12、X2接口用戶平面提供eNode B之間的用戶數(shù)據(jù)傳輸功能。X2的用戶平面協(xié)議棧如圖27所示，與S1UP協(xié)議棧類似，X2UP的傳輸網(wǎng)絡(luò)層基于IP傳輸，UDP/IP之上采用GTPU來傳輸eNode B之間的用戶面PDU。  圖7 X2接口用戶面（eNB-eNB） 5.2 X2接口控制平面 X2控制面接口(X2CP)定義為連接eNB之間接口的控制面。X2接口控制面的協(xié)議棧如圖8所示，傳輸網(wǎng)絡(luò)層是建立在SCTP上，SCTP是在IP上。應(yīng)用層的信令協(xié)議表示為X2AP(X2應(yīng)用協(xié)議)。圖8 X2接口控制面 每X2C接口含一個(gè)單一的SCTP并具有雙流標(biāo)識(shí)的應(yīng)用場(chǎng)景應(yīng)用X2C的一般流程。具有多對(duì)流標(biāo)識(shí)僅應(yīng)用于X2C的特定流程。源eNB為X2C的特定流程分配源eNB通信的上下文標(biāo)識(shí)，目標(biāo)eNB為X2C的特定流程分配目標(biāo)eNB通信的上下文標(biāo)識(shí)。這些上下文標(biāo)識(shí)用來區(qū)別UE特定的X2