LTE网络概述
LTE主要由两部分组成:无线接入技术演进(E-UTRAN)+系统架构演进(SAE);其中,SAE主要含有的是演进型分组交换核心网(EPC),其控制处理部分为移动性管理实体(MME),数据承载部分称为业务网关(S-GW);接入网(E-UTRAN)主要含有的网元是演进型基站(eNodeB)(3G的无线接入网元包含控制器(RNC)、基站(NodeB)两部分)。
与传统3G网络比较,LTE的网络结更加简单扁平,降低组网成本, 增加组网灵活性,并能大大减少用 户数据和控制信令的时延。
【LTE网络接口】
- eNodeB之间由X2接口相互连接,支持数据和信令的直接传输;
- eNodeB与EPC之间由S1接口连接,其中:S1-MME是eNodeB连接MME的控制面接口,S1-U是eNodeB连接S-GW的用户面接口。
- eNodeB与UE之间是通过Uu空口进行无线通信。
主要网元的功能:
【eNodeB的主要功能】
- 无线资源管理相关功能,包括:无线承载控制、接纳控制、连接移动性管理、上/下行动态资源的分配与调度;
- IP头压缩与用户数据流加密;
- UE附着时的MME选择;
- 提供到业务网关(S-GW)的用户面数据的路由;
- MME发起寻呼消息的调度(scheduling)与传输(transmission);
- 系统广播消息的调度与传输;
- 测量与测量报告的配置。
EPC核心网主要由移动性管理设备(MME)、服务网关(S-GW)、分组数据网关(P-GW)及存储签约信息的HSS和策略控制单元(PCRF)等组成,其中S-GW和P-GW逻辑上分设,物理上可以合设,也可以分设。
【MME的主要功能】——移动管理实体
- 主要负责信令处理
- 移动性管理
- 承载管理
- 用户鉴权和密钥管理
- NAS层信令的加密和完整性保护
- TA LIST管理
- P-GW/S-GW选择
【S-GW的主要功能】——服务网关
- 主要负责用户面处理
- 分组路由和转发
- IP头压缩
- IDLE状态终结点,下行数据缓存
- eNodeB间切换的锚点
- 基于用户和承载的计费
- 路由优化和用户漫游时QoS和计费策略实现功能
【P-GW的主要功能】——分组数据网关
- 分组路由和转发
- 3GPP和非3GPP网络间的Anchor功能(相当于家乡代理HA的功能)
- UE的IP地址分配,接入外部PDN的网关功能
- 计费和QoS执行功能
- 基于业务的计费
接入网和核心网功能划分
- E-UTRAN提供空中接口功能(包含物理层、MAC、RLC、PDCP、RRC功能)、以及小区间的RRM功能、RB控制、连接的移动性控制、无线资源的调度、对eNB的测量配置、对空口接入的接纳控制等。
- EPC通过MME、S-GW和 P-SW等控制面节点和用户面节点完成NAS信令处理和安全管理、空闲的移动性管理、EPS承载控制以及移动锚点功能、 UE的IP地址分配、分组过滤等功能。
LTE EPC网络构架简介
1、EPC负责对用户终端的全面控制和有关承载的建立。
2、EPC包含的主要逻辑节点有:
- 公共数据网(PDN)网关(P-GW)——负责用户IP地址分配和QoS保证,并根据PCRF规则进行基于流量的计费。负责将下行用户的IP包分配给不同的QoS承载。
- 业务网关(S-GW)——用户IP数据包通过S-GW发送。当用户在eNodeB之间移动时,S-GW作为数据承载的本地移动性锚点;当用户处于空闲状态时,S-GW将保留承载信息并临时把下行数据存储在缓冲区里,以便当MME开始寻呼UE时重新建立承载。
- 移动性管理实体(MME)——是处理UE和核心网络间信令交互的控制节点。在UE和核心网间所执行的协议栈称为非接入层协议(NAS)。
- 用户归属服务器(HSS,Home Subscriber Server)——含有用户的SAE开户信息(如:所归属EPS的QoS配置信息和用户漫游的接入限制);还保留用户可以连接的PDN信息(该信息可能以一种接入点名字的形式APN来表达或直接用PDN地址,即用户开户的IP地址来表达);HSS拥有诸如用户当前所连接或注册的移动性管理实体标识等动态信息。
- 策略控制和计费规则功能(PCRF)——负责位于P-GW中策略控制加强功能(PCEF)中基于流量收费的功能。
LTE/EPC网络中涉及的主要接口及接口协议如下表
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