LTE信令与协议

LTE信令与协议：

LTE信令与协议基础：

LTE/EPC网络结构：

图 1 LTE基本网络架构

这是一张非常有名的LTE架构图，从图中可以看出，整个网络构架被分为了四个部分，包括由中间两个框框起来的E-UTRAN部分和EPC部分，还有位于两边的UE和PDN两部分。

在日常生活中，UE就可以看作是我们的手机终端，而PDN可以看作是网络上的服务器，E-UTRAN可以看作是遍布城市的各个基站（可以是大的铁塔基站，也可以是室内悬挂的只有路由器大小的小基站），而EPC可以看作是运营商（中国移动/中国联通/中国电信）的核心网服务器，核心网包括很多服务器，有处理信令的，有处理数据的，还有处理计费策略的等等。

UE：全称是User Equipment，用户设备，就是指用户的手机，或者是其他可以利用LTE上网的设备。

eNB：是eNodeB的简写，它为用户提供空中接口（air interface），用户设备可以通过无线连接到eNB，也就是我们常说的基站，然后基站再通过有线连接到运营商的核心网。在这里注意，我们所说的无线通信，仅仅只是手

机和基站这一段是无线的，其他部分例如基站与核心网的连接，基站与基站之间互相的连接，核心网中各设备的连接全部都是有线连接的。一台基站(eNB)要接受很多台UE的接入，所以eNB要负责管理UE，包括资源分配，调度，管理接入策略等等。

eNB功能：

无线资源管理相关的功能，包括无线承载控制、接纳控制、连接移动性控制、上/下行动态资源分配/调度等；

IP头压缩与用户数据流加密；

UE附着时的MME选择；

提供到S-GW的用户面数据的路由；

寻呼消息的调度与传输；

系统广播信息的调度与传输；

测量与测量报告的配置。

MME：是Mobility Management Entity的缩写，是核心网中最重要的实体之一，提供以下的功能：NAS 信令传输、用户鉴权与漫游管理（S6a）、移动性管理、EPS承载管理。

在这里所述的功能中，NAS信令指的是三层信令，包含EMM, ESM 和NAS 安全。然后移动性管理的话主要有寻呼，TAI管理和切换。承载的话主要是EPS 承载（bearer）的建立，修改，销毁等。

MME功能：

寻呼消息分发，MME负责将寻呼消息按照一定的原则分发到相关的eNodeB；

安全控制；

空闲状态的移动性管理；

EPC承载控制；

非接入层信令的加密与完整性保护。

S-GW（服务网关）：是Serving Gateway 的缩写，主要负责切换中数据业务的传输。

S-GW功能：

终止由于寻呼原因产生的用户平面的数据包；

支持由于UE移动性产生的用户平面切换。

P-GW（PDN网关）：是PDN Gateway的缩写，其中PDN是Public Data Network 的缩写，通俗地讲，可以理解为互联网，这是整个LTE架构与互联网的接口处，所以UE如果想访问互联网就必须途径P-GW实体，从另外一方面说，如果想通过P-GW而访问互联网的话，必须要有IP地址，所以P-GW 负责了UE的IP地址的分配工作，同时提供IP路由和转发的功能。此外，为了使互联网的各种业务能够分配给不同的承载，P-GW提供针对每一个SDF 和每一个用户的包过滤功能。（也就是说在P-GW处，进出的每一个包属于哪个级别的SDF和哪一个用户都已经被匹配好了。这里的SDF是服务数据流Service Data Flow的缩写，意思就是P-GW能区分每一个用户的不同服务的数据包，从而映射到不同的承载上去。以后会有关于SDF的更详细的说明）。此外，P-GW还有其他的一些功能，比如根据用户和服务进行不同的计费和不同的策略，这部分对于每个运营商都会有差异，在此不做多的赘述。

P-GW功能：

逐用户数据包的过滤和检查；

用户IP分配。

HSS：是Home Subscriber Server的缩写，归属用户服务器，这是存在与核心网中的一个数据库服务器，里面存放着所有属于该核心网的用户的数据信息。当用户连接到MME的时候，用户提交的资料会和HSS数据服务器中的资料进行比对来进行鉴权。

PCRF：是Policy and Charging Rules Function的缩写，策略与计费规则，它会根据不同的服务制定不同的PCC计费策略。

SPR：是Subscriber Profile Repository的缩写，用户档案库。这个实体为PCRF提供用户的信息，然后PCRF根据其提供的信息来指定相应的规则。（这个我也不是很明白其具体内容）

OCS：是Online Charging System 的缩写，在线计费系统，顾名思义，应该是个用户使用服务的计费的系统

OFCS：是Offline Charging System 的缩写，离线计费系统，对计费的记录进行保存。

接口：LTE-Uu接口是位于终端与基站之间的空中接口。在这中间，终端会跟基站建立信令连接与数据连接，信令连接叫做RRC Connection，相应的信令在SRB上进行传输，（这里，SRB有三类，分别是SRB0, SRB1和SRB2，SRB可以理解为是传输信令的管道），而数据的连接是逻辑信道，相关的数据在DRB上传输。这两个连接是终端与网络进行通信所必不可少的。

X2（控制面）：X2是两个基站之间的接口，利用X2接口，基站间可以实现SON功能（Self Organizing Network），比如PCI的冲突检测等。

S1（控制面）：S1是基站与MME之间的接口，相关NAS信令的传输都必须建立在S1连接建立的基础上。

X2（用户面）：X2用户面的接口是建立在GTP-U协议的基础上，连接两个基站，传输基站间的数据。（X2 handover等）

S1（用户面）：S1用户面的接口是建立在GTP-U协议的基础上，连接基站与MME，传输基站与MME之间的数据。（S1 handover，上网的数据流等）