TD-LTE网络架构和协议

安全性
与EPC的连接
准入控制
移动性管理 UE上下行调度
数据包加密
动态资源分配
到MME的信 令及到S-GW 承载路径的建 立
19
接入网
LTE将无线控制功能移到了eNodeB，减少了不少层间环节，传输
时延被大大改善了。
但是，这样一来，LTE就失去了一个上联的无线资源管控和调度协
调机制，无法支持多路由基础上的软切换和数据合并，它只能回到
以满足
除标准化QCI值外，允许运营商使用扩展的QCI
39
ARP
ARP是用来进行呼叫的接纳控制，特别是在无线资源紧张时用来决
定是否接纳新的承载建立请求，它也对承载建立优先级进行排序， 一旦承载成功建立，ARP就对承载级的包转发处理不产生影响了， 包转发处理主要由QCI、GBR、MBR等承载级的QoS参数来决定。
由NAS协议的会 话管理层执行
由NAS协议的连接 和移动性管理层执行
16
接入网
LTE的接入网（E-UTRAN）仅由eNodeB组成， E-UTRAN采用扁平架
构， eNodeB彼此之间用X2接口互联，在整个E-UTRAN中可以说没有 中心或核心控制节点。
E-UTRAN的上联是通过S1接口到达MME,在MME由分组过滤模块来负
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控制面协议
UE到MME之间控制平面协议底层与用户面协议作用几乎一致，但不
需有IP报头压缩功能；
RRC协议在接入层协议栈中位于层3，它在接入层中起主要控制功能
，负责建立无线承载、配置eNodeB到UE间由RRC信令控制的所有底 层。
31
控制面协议
NAS RRC PDCP RLC MAC L1 UE LTE-Uu 中继 RRC PDCP RLC MAC L1 S1-AP SCTP IP L2 L1
络间的Anchor功能
[HA功能] • UE IP地址分配，接 入外部PDN的网关功
是归属用户服务器，
存储了LTE/SAE网络 中用户所有与业务相 关的数据。
的不同承载业务提
供不同的QOS
能
15
CN逻辑节点功能
MME功能
与承载管理相关的功能
承载的建 立与维护
与连接相关的功能
承载释放
连接的建立 安全机制
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用户面协议
应用
IP PDCP RLC PDCP RLC 中继 GTP-U UDP/IP GTP-U 中继 GTP-U
IP
GTP-U UDP/IP
UDP/IP
UDP/IP
MAC
L1 UE
LTE-Uu
MAC
L1
L2
L1
L2
L1
S1-U
L2
L1 S-GW
S5/S8
L2
L1 P-GW
eNodeB
图中红色的为用户平面协议
• • •
• •
分组路由和转发功能 IP头压缩 IDLE态终结点，下 行数据缓存 E-NodeB间切换的 锚点 路由优化
14
CN逻辑节点功能
PDN Gateway
• • 分组路由和转发 3GPP和非3GPP网 •
HSS
HSS（Home Subscriber Server） • •
PCRF
为每个用户定义不 同业务的收费规则 QOS策略-为提供
操作和移动性(切换)的“移动性锚链”；
而P-GW是EPS与非3GPP无线网络制式间互操作和移动性(切换)的另
一个“移动性锚链”；它也可支持基于代理移动互联网协议（PMIP ）的接口。
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与其他系统的互操作
UMTS
3G-SGSN
S3
MME
S4 S11 S1
LTE Uu
E-UTRAN
UE
S1-U
S-GW
MME S11
S8
S1-U
E-UTRAN
S-GW
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核心网
HSS
EPC的其他逻辑节点有：
用户归属服务器（HSS）
PCRF
Gx Rx
策略控制
计费规则（PCRF）
MME
SGi
P-GW IMS
由于EPS仅为特定的QoS提供一条承载路径，那么诸如VoIP 等多媒体业务都由IMS（IP多媒体子系统）提供.
最小保证比特率承载（GBR） 非保证比特率承载（Non-GBR）
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QoS
最小保证比特率承载（GBR）
本类承载可以用来提供VoIP业务。
•
一般为此类承载设定一个固定的GBR速率，资源充足情况下GBR承载 允许较高于最低比特率的速率；
•
也可采用最高限速策略，设定一个本类承载所允许达到的速率上限参 数MBR（最大比特率参数）
分配和保留优先权标识ARP（ Allocation and Retention Priority)
QoS等级标识QCI标签决定了这个承载在eNodeB中的处理流程，协
议标准化了9 个等级的QCI。
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QoS等级
QCI 1 2 3 4 5 6 NONGBR 资源类型 优先级 2 4 3 5 1 包延时 100ms 150ms 50ms 300ms 100ms 丢包率 典型业务 会话类语音 会话类视频（实时流） 实时游戏 非会话类视频（缓冲流） IMS信令 视频（缓冲流）、TCP业务（Email、聊天、FTP文件共享） 语音、视频（实时流）、 交互类游戏

与传统的网络业务流收敛方式传输不同，LTE数据流无需收敛，可
以直接采用类似WLAN的旁挂方式进行处理，这样隔离了外网普通
用户，外网用户无法通过普通途径浏览到控制隧道中的信令流。
5
网络结构需求
简单的节点结构，即eNodeB
LTE改进无线 接入网网络结 构设计实现了 低成本部署
仅支持PS域业务的高效协议体系 SON自组织、自适应、自优化 支持简易部署（Femto-cell）
Internet
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漫游架构
HSS Gx P-GW PCRF Rx IP业务 SGi
HPLAN VPLAN MME
S8 S11
通过归属地网络的
LTE Uu
E-UTRAN
S1-U S-GW
P-GW进行Internet
访问的漫游架构
UE
24
与其他系统的互操作
S-GW是EPS与其他3GPP无线网络制式间（如GSM、WCDMA）互
6
GBR
300ms 100ms 300ms
300ms
7 8
9
7 8
9
视频（缓冲流）、TCP业务
视频（缓冲流）、TCP业务
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QoS
QCI表中的优先级和时延决定了RLC模式配置，以及MAC中的调度
器如何处理承载中发送的数据包。
高优先级的包先发；
对误包率要求苛刻的承载可通过在RLC层使用应答模式（AM）加
9
EPS承载
MME S1-MME
S11 Gx Rx
PCRF
Uu口 S1-U
eNodeB
S-GW
S5/S8
SGi
P-GW
IP业务
EPS网元
Fra Baidu bibliotekUE
10
功能划分
eNodeB 小区间RRM RB控制 连接移动性控制 无线准入控制 测量配置和规定 动态资源分配 RRC PDCP RLC MAC PHY MME NAS安全性 空闲模式处理 EPS承载控制
映射到相同EPS承载的IP数据包接受相同承载级的包转发处理（调
度策略、队列管理策略、速率整形策略、RLC配置）
需要针对每个QoS流单独建立EPS承载。
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IP包的过滤分发
把IP包过滤到不同的承载是基于业务流模版（TFT）。TFT是依据IP包
NAS S1-AP SCTP IP L2 L1
eNodeB
S1-MME
MME
32
目录
1
TD-LTE网络结构
2
TD-LTE协议架构
3
TD-LTE QoS和EPS承载
4
TD-LTE网络接口
33
QoS
LTE网络允许UE并发多个应用，而针对每个单独的应用自有其单独的
QoS
为了支持多种并发的QoS需求，需在EPS内建立不同的承载 一般而言，基于QoS的承载分为两类 ： • •
13
CN逻辑节点功能
eNodeB
• • • • 物理层功能（HARQ 等） MAC、RRC调度 无线接入控制 无线资源管理等 • • • • • •
MME
移动性管理 会话管理 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
Serving Gateway
TD-LTE网络 架构和协议
目录
1
TD-LTE网络结构
2
TD-LTE协议架构
3
TD-LTE QoS和EPS承载
4
TD-LTE网络接口
2
网络结构的演进路线
传统CDMA-IS95网络结构
3
网络结构
演进分组系统EPS 接入网 核心网 互操作 漫游 架构 系统 间互 操作
4
网络结构需求
在LTE网络中取消了对CS域业务的支持，所有业务类型均打包成 PS域方式进行传输，这就大大简化了网络的结构，实现了正真意 义上的控制与承载的分离。
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无线承载的映射关系
RB-ID
UL-TFT
S1-TEID
S5/S8-TEID
DL-TFT
RB1
RB2
UE
无线承载
eNB
S1承载
S-GW
S5/S8承载
P-GW
跨越不同接口的LTE/SAE承载：EPS承载映射到具有承载标识的底层承载上，每 个节点必须追踪跨越不同接口的间承载ID的绑定关系
41
EPS承载
用户面协议
UE的IP数据包封装在EPC特定的协议中，在UE到P-GW之间的隧道
中传送。
3GPP规定使用的隧道协议是GPRS隧道协议，即GTP， 经过的网络
接口是S1-U、S5/S8接口。

• • • •
E-UTRAN用户平面协议栈有：
PDCP：分组数据汇聚协议 RLC：无线链路控制 MAC:媒体接入控制 用户面协议如下图中红色部分显示，它们终止于eNodeB
硬切换。
缺少集中控制节点的另一个后果是：网络必须在eNodeB 中通过X2接
口进行数据前转操作，以支持UE的移动，否则将造成用户数据的丢失 。
20
S1-flex
S1-flex机制允许一个eNodeB 和多个MME的S-GW 之间建立连接，以实现网 络冗余和负载分担，服务同一区域的MME/S-GW节点集合称为MME/S-GW 池，由这样的“池”覆盖的区域称为“池区”
S--GW
移动性 链接 EPC
P--GW UEIP地址分配 分组过滤
S1 接口
E--UTRAN
11
核心网
核心网(SAE中称为EPC)负责对
用户终端的全面控制和有关承 载的建立
EPC的主要逻辑节点有: • • •
P-GW
P—GW：PDN网关 S—GW：业务网关 MME：移动性管理实体
LTE Uu
无线接入网和核心网两大块。
当然，构成这两个层面的物理实体设备可能有所不同。
LTE
E-UTRAN
EPS
SAE
EPC
8
EPS承载
语音通话
语音QoS承载
FTP下载
“尽力而为”承载
EPS通过IP连接使用户通过公共数据网(PDN)接入互联网。 一个EPS承载具有一定的QoS，一个用户可同时建立多个EPS承载，从而 具有不同的QoS等级，或不同的PDN连接。
责识别数据包是用户信息还是信令,然后分别送往P-GW(用户数据)和SGW (网络信令)进一步处理。
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总体架构
E-UTRAN
S1 S1
S1
S1 S1
S1
X2
X2
X2
X2
X2
X2
e-NodeB
e-NodeB
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接入网
E-UTRAN负责与无线相关的功能：
无线资源管理
无线承载控制
IP报头压缩 为节省空口 流量而进行的 包合并和压缩 （信源编码）
开放式的接口定义和对多厂商设备互联互通的支持
6
网络结构需求
物理层信道资源管理 无线承载建立与释放
LTE网络需要 实现的基本 功能
移动性管理
SON网络自适应及QoS协商 MAC层资源调度及数据分发及前转
与其他异系统网络的互操作
按流量计费及漫游支持
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演进分组系统EPS
按照扁平化的网络架构设计理念，LTE的网络仅只有两层，即只有
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QoS
非保证比特率承载（Non-GBR）
本类承载可以用来提供网页浏览和FTP业务。
•
不设定和保证任何比特速率。
•
系统根据情况提供承载能力，不为其固定分配带宽资源。
36
QoS
无线接口承载的QoS由eNodeB负责确保。 每个承载都有一个QoS等级标识QCI（QoS Class Identifier）、一个
S5/S8
P-GW
与3G UMTS的互操作架构
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与其他系统的互操作
其它系统
PCRF
MME
S1
LTE Uu
E-UTRAN
UE
S1-U
S-GW
S5/S8
P-GW
与非3GPP协议的互操作架构
27
目录
1
TD-LTE网络结构
2
TD-LTE协议架构
3
TD-LTE QoS和EPS承载
4
TD-LTE网络接口
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21
S1-flex
池区的结构有如下优点：


负载均衡成为可能；
CN侧单节点故障不影响池区eNodeB正常功能； UE在池区移动，其上下文始终保持只和一个MME实连接，不 会额外增加网络负荷。
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漫游架构
LTE/SAE用户离开归属地网络，连接到拜访位置地的P-GW就是
漫游；
LTE/SAE用户应能自由漫游到除归属PLMN外的其他PLMN； 拜访网络的P-GW允许用户“本地跳出”到拜访网络中的