LTE網路架構

LTE接入網稱為演進型UTRAN（Evovled UTRAN，E-UTRAN），相比傳統的UTRAN架構，E-UTRAN採用更扁平化的網路結構。

基本介紹

• 中文名：LTE網路架構
• 外文名：LTE network architecture
• 功能：E-UTRAN與EPC
• 接口：S1、X2接口
• 特點：扁平化網路架構

具體闡釋

E-UTRAN去除RNC網路節點，目的是簡化網路架構和降低延時，RNC功能被分散到了演進型Node B（Evovled Node B，eNode B）和服務網關（Serving GateWay，S-GW）中。E-UTRAN結構中包含了若干個eNode B，eNode B之間底層採用IP傳輸，在邏輯上通過X2接口互相連線，即格線（Mesh）型網路結構，這樣的設計主要用於支持UE在整個網路內的移動性，保證用戶的無縫切換。每個eNode B通過S1接口連線到演進分組核心（Evolved Packet Core，EPC）網路的移動管理實體（Mobility Management Entity，MME），即通過S1-MME接口和MME相連，通過S1-U和S-GW連線，S1-MME和S1-U可以被分別看作S1接口的控制平面和用戶平面。

圖1

在EPC側，S-GW是3GPP行動網路內的錨點。MME功能與網關功能分離，主要負責處理移動性等控制信令，這樣的設計有助於網路部署、單個技術的演進以及全面靈活的擴容。同時，LTE/SAE體系結構還能將SGSN和MME功能整合到同一個節點之中，從而實現一個同時支持GSM、WCDMA/HSPA和LTE技術的通用分組核心網。

組成

高層次的網路架構，LTE是由以下三個主要組件：

1、用戶設備 (UE).

2、進化UMTS地面無線接入網 (E-UTRAN).

3、分組核心演進 (EPC).

功能劃分

與3G類似，LTE採用E-UTRAN與EPC功能相分離的方案，同時精簡部分網元，合併相關功能，E-UTRAN和EPC的功能劃分如圖2所示。

圖2

從圖2可知，eNode B、MME、SGW的功能分別如下。

（1）eNode B功能

· 無線資源管理：無線承載控制、無線許可控制、連線移動性控制、上行和下行資源動態分配（即調度）。

· IP頭壓縮和用戶數據流加密。

· 當從提供給UE的信息中無法獲知MME的路由信息時，選擇UE附著的MME。

· 用戶面數據向S-GW的路由。

· 從MME發起的呼叫信息的調度和傳送。

· 從MME或O&M發起的廣播信息的調度和傳送。

（2）MME功能

· 將尋呼訊息傳送到相關的eNode B；

· 空閒狀態的移動性控制；

· SAE承載控制；

· 非接入層信令的加密和完整性保護。

（3）SGW功能

· 用戶數據包在無線接入網的終結；

· 支持UE移動性的用戶平面數據交換。

S1、X2接口

在LTE/SAE架構中，eNode B之間的接口稱為X2接口，eNode B與EPC核心網之間的接口稱為S1接口。

X2接口

eNode B之間通過X2接口互相連線，形成了所謂Mesh型網路，這是LTE相對原來的傳統移動通信網的重大變化，產生這種變化的原因在於網路結構中沒有了RNC，原有的樹型分支結構被扁平化，使得基站承擔更多的無線資源管理責任，需要更多地和其相鄰的基站直接對話，從而保證用戶在整個網路中的無縫切換。X2接口分為用戶平面和控制平面，協定架構如圖3所示。

圖3

（1）用戶平面

X2用戶平面接口X2-U在eNode B之間的IP傳輸層上，採用面向非連線的UDP協定進行用戶數據傳輸，在UDP協定之上承載GTP-U協定，即採用和S1接口相同的用戶平面機制。利用X2接口和S1接口用戶平面數據的相似性，採用相同的協定結構，既利用現有的成熟協定，也簡化基站的協定處理要求，不必再為X2接口用戶平面專門設計傳輸協定。

（2）控制平面

與S1-MME接口相似，X2控制平面接口X2-C的協定結構底層也採用SCTP over IP的機制，保證信令的可靠傳輸，SCTP上層是X2接口的專用信令部分X2-AP。

S1接口

S1接口位於eNode B和MME/SGW之間，將SAE/LTE演進系統劃分為無線接入網和核心網。沿襲承載和控制分離的思想，S1接口分為用戶平面和控制平面，如圖4所示。其中用戶平面接口S1-U連線eNode B和SGW，用於傳送用戶數據和相應的用戶平面控制幀。控制平面接口S1-MME則將eNode B和MME相連，主要完成S1接口的無線接入承載控制、接口專用的操作維護等功能。

圖4

（1）用戶平面

從S1用戶平面接口的協定棧來看，S1-U在IP層之上採用面向非連線的UDP，即採用用戶平面PDU不保證傳送機制，在UDP之上承載GTP-U協定，滿足SAE/LTE對分組核心網採用統一GTP協定的要求。

（2）控制平面

S1控制平面接口S1-MME，在IP層之上採用比TCP協定功能更為強大的SCTP，為上層S1-AP（S1-套用部分），即控制平面協定提供有保證的可靠傳輸並能支持IP網路上的No.7信令系統功能，從而可以實現VoIP業務。SCTP的另一個重要特點是對多重聯外線路的支持，一個端點可以由多於一個IP位址組成，使得傳輸可在主機間做到透明的網路容錯備援。

E-UTRAN

E-UTRAN扁平化網路架構具有網路共享、負載均衡、魯棒性強的優點，在網路架構和接口設計過程中，基本遵循以下原則：

· 信令面和數據面的邏輯分割；

· RRC連線的移動性完全由E-UTRAN控制；

· 當定義E-UTRAN接口時，應該儘量減少接口功能劃分的選項數量；

· 一個接口應該基於通過這個接口控制的實體邏輯模型來設計；

· 一個物理網元可以包含多個邏輯節點。