LTE網路架構

LTE網路架構

LTE網路架構是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。

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:LTEnetwork architecture
  • 功能:E-UTRAN與EPC
  • 接口:S1、X2接口
  • 特點:扁平化網路架構
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具體闡釋

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。
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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。
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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。
LTE網路架構
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。
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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。

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