這是一張非常有名的LTE架構(gòu)圖，從圖中可以看出，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架被分為了四個(gè)部分，包括由中間兩個(gè)框框起來(lái)的E-UTRAN部分和EPC部分，還有位于兩邊的UE和PDN兩部分。
在日常生活中，UE就可以看作是我們的手機(jī)終端，而PDN可以看作是網(wǎng)絡(luò)上的服務(wù)器，E-UTRAN可以看作是遍布城市的各個(gè)基站（可以是大的鐵塔基站，也可以是室內(nèi)懸掛的只有路由器大小的小基站），而EPC可以看作是運(yùn)營(yíng)商（中國(guó)移動(dòng)/中國(guó)聯(lián)通/中國(guó)電信）的核心網(wǎng)服務(wù)器，核心網(wǎng)包括很多服務(wù)器，有處理信令的，有處理數(shù)據(jù)的，還有處理計(jì)費(fèi)策略的等等。
下面詳細(xì)地介紹每一個(gè)組件的名稱與作用
UE
全稱是User Equipment，用戶設(shè)備，就是指用戶的手機(jī)，或者是其他可以利用LTE上網(wǎng)的設(shè)備。
eNB
是eNodeB的簡(jiǎn)寫，它為用戶提供空中接口（air interface），用戶設(shè)備可以通過(guò)無(wú)線連接到eNB，也就是我們常說(shuō)的基站，然后基站再通過(guò)有線連接到運(yùn)營(yíng)商的核心網(wǎng)。在這里注意，我們所說(shuō)的無(wú)線通信，僅僅只是手機(jī)和基站這一段是無(wú)線的，其他部分例如基站與核心網(wǎng)的連接，基站與基站之間互相的連接，核心網(wǎng)中各設(shè)備的連接全部都是有線連接的。一臺(tái)基站(eNB)要接受很多臺(tái)UE的接入，所以eNB要負(fù)責(zé)管理UE，包括資源分配，調(diào)度，管理接入策略等等。
MME
是Mobility Management Entity的縮寫，是核心網(wǎng)中最重要的實(shí)體之一，提供以下的功能：
NAS 信令傳輸
用戶鑒權(quán)與漫游管理（S6a）
移動(dòng)性管理
EPS承載管理
在這里所述的功能中，NAS信令指的是三層信令，包含EMM, ESM 和NAS 安全。然后移動(dòng)性管理的話主要有尋呼，TAI管理和切換。承載的話主要是EPS 承載（bearer）的建立，修改，銷毀等。
S-GW
是Serving Gateway 的縮寫，主要負(fù)責(zé)切換中數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的傳輸。
P-GW
是PDN Gateway的縮寫，其中PDN是Packet Data Network 的縮寫，通俗地講，可以理解為互聯(lián)網(wǎng)，這是整個(gè)LTE架構(gòu)與互聯(lián)網(wǎng)的接口處，所以UE如果想訪問(wèn)互聯(lián)網(wǎng)就必須途徑P-GW實(shí)體，從另外一方面說(shuō)，如果想通過(guò)P-GW而訪問(wèn)互聯(lián)網(wǎng)的話，必須要有IP地址，所以P-GW負(fù)責(zé)了UE的IP地址的分配工作，同時(shí)提供IP路由和轉(zhuǎn)發(fā)的功能。此外，為了使互聯(lián)網(wǎng)的各種業(yè)務(wù)能夠分配給不同的承載，P-GW提供針對(duì)每一個(gè)SDF和每一個(gè)用戶的包過(guò)濾功能。（也就是說(shuō)在P-GW處，進(jìn)出的每一個(gè)包屬于哪個(gè)級(jí)別的SDF和哪一個(gè)用戶都已經(jīng)被匹配好了。這里的SDF是服務(wù)數(shù)據(jù)流Service Data Flow的縮寫，意思就是P-GW能區(qū)分每一個(gè)用戶的不同服務(wù)的數(shù)據(jù)包，從而映射到不同的承載上去。以后會(huì)有關(guān)于SDF的更詳細(xì)的說(shuō)明）。此外，P-GW還有其他的一些功能，比如根據(jù)用戶和服務(wù)進(jìn)行不同的計(jì)費(fèi)和不同的策略，這部分對(duì)于每個(gè)運(yùn)營(yíng)商都會(huì)有差異，在此不做多的贅述。
HSS
是Home Subscriber Server的縮寫，歸屬用戶服務(wù)器，這是存在與核心網(wǎng)中的一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器，里面存放著所有屬于該核心網(wǎng)的用戶的數(shù)據(jù)信息。當(dāng)用戶連接到MME的時(shí)候，用戶提交的資料會(huì)和HSS數(shù)據(jù)服務(wù)器中的資料進(jìn)行比對(duì)來(lái)進(jìn)行鑒權(quán)。
PCRF
是Policy and Charging Rules Function的縮寫，策略與計(jì)費(fèi)規(guī)則，它會(huì)根據(jù)不同的服務(wù)制定不同的PCC計(jì)費(fèi)策略。
SPR
是Subscriber Profile Repository的縮寫，用戶檔案庫(kù)。這個(gè)實(shí)體為PCRF提供用戶的信息，然后PCRF根據(jù)其提供的信息來(lái)指定相應(yīng)的規(guī)則。（這個(gè)我也不是很明白其具體內(nèi)容）
OCS
是Online Charging System 的縮寫，在線計(jì)費(fèi)系統(tǒng)，顧名思義，應(yīng)該是個(gè)用戶使用服務(wù)的計(jì)費(fèi)的系統(tǒng)
OFCS
是Offline Charging System 的縮寫，離線計(jì)費(fèi)系統(tǒng)，對(duì)計(jì)費(fèi)的記錄進(jìn)行保存。
上面介紹完了圖中所有的實(shí)體的名稱以及作用，其實(shí)真實(shí)的核心網(wǎng)中遠(yuǎn)遠(yuǎn)不止這些實(shí)體，還有很多，鑒于我也不是很懂，在此就不多說(shuō)了。
然后下面針對(duì)圖中主要的幾個(gè)接口說(shuō)說(shuō)
LTE-Uu
LTE-Uu接口是位于終端與基站之間的空中接口。在這中間，終端會(huì)跟基站建立信令連接與數(shù)據(jù)連接，信令連接叫做RRC Connection，相應(yīng)的信令在SRB上進(jìn)行傳輸，（這里，SRB有三類，分別是SRB0, SRB1和SRB2，SRB可以理解為是傳輸信令的管道），而數(shù)據(jù)的連接是邏輯信道，相關(guān)的數(shù)據(jù)在DRB上傳輸。這兩個(gè)連接是終端與網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信所必不可少的。
X2（控制面）
X2是兩個(gè)基站之間的接口，利用X2接口，基站間可以實(shí)現(xiàn)SON功能（Self Organizing Network），比如PCI的沖突檢測(cè)等。
S1（控制面）
S1是基站與MME之間的接口，相關(guān)NAS信令的傳輸都必須建立在S1連接建立的基礎(chǔ)上。
X2（用戶面）
X2用戶面的接口是建立在GTP-U協(xié)議的基礎(chǔ)上，連接兩個(gè)基站，傳輸基站間的數(shù)據(jù)。（X2 handover等）
S1（用戶面）
S1用戶面的接口是建立在GTP-U協(xié)議的基礎(chǔ)上，連接基站與MME，傳輸基站與MME之間的數(shù)據(jù)。（S1 handover，上網(wǎng)的數(shù)據(jù)流等）
剩下的接口在我個(gè)人的工作中沒(méi)有接觸，不是很了解，這里就不多說(shuō)了。
LTE協(xié)議棧
說(shuō)協(xié)議棧，就得分開(kāi)從兩方面來(lái)講，分別是用戶面與控制面。
先從用戶面開(kāi)始說(shuō)起
上圖是用戶面的協(xié)議棧，下面詳細(xì)地介紹每一個(gè)層（主要功能）
LTE-Uu 接口
PDCP
PDCP協(xié)議針對(duì)傳輸?shù)財(cái)?shù)據(jù)包執(zhí)行以下的操作：
數(shù)據(jù)包頭壓縮（ROHC）
AS層的安全（包括加密與完整性檢驗(yàn)）
包的重排序和重傳
RLC
RLC層針對(duì)傳輸?shù)財(cái)?shù)據(jù)包執(zhí)行以下的操作：
在發(fā)送端，提供數(shù)據(jù)包的分段與串聯(lián)
在接收端，提供透明，確認(rèn)模式與非確認(rèn)模式三種模式
RLC層也執(zhí)行對(duì)RLC PDU的重排序與重傳
MAC
MAC層對(duì)從高層傳來(lái)的MAC PDU和從底層傳來(lái)的包做以下的處理：
S1-U/S5/X2 接口
GTP-U
GTP-U協(xié)議主要是用來(lái)轉(zhuǎn)發(fā)用戶的IP數(shù)據(jù)包，GTP-U協(xié)議還有個(gè)特點(diǎn)，只要GTP-U連接建立后傳輸數(shù)據(jù)，那么在數(shù)據(jù)結(jié)束之后總會(huì)有END Marker來(lái)標(biāo)志著數(shù)據(jù)流的結(jié)束。
下面是控制面的協(xié)議棧
上面是關(guān)于控制面的總圖，包含了LTE-Uu，S1-MME，S11等接口的，由于本人業(yè)務(wù)限制，對(duì)其他的不了解，就只簡(jiǎn)單地介紹下面幾個(gè)
LTE-Uu接口
NAS
提供移動(dòng)性管理和承載管理，比如說(shuō)eNB的信息的更新，或者M(jìn)ME的配置信息的更新會(huì)觸發(fā)Configuration Update信令的下發(fā)或者上載，然后E-RAB的建立，修改，銷毀都是屬于NAS管理的范圍之內(nèi)。
RRC
RRC協(xié)議支持傳輸NAS信令， 同時(shí)也提供對(duì)于無(wú)線資源的管理
X2 接口
X2AP
X2AP協(xié)議支持無(wú)線網(wǎng)（E-UTRAN）中的UE移動(dòng)性管理和SON功能。比如通過(guò)X2AP的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)（在X2 Handover的時(shí)候的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)），SN status的轉(zhuǎn)發(fā)（Handover時(shí)），或者時(shí)eNB之間的資源狀態(tài)消息交換等。
S1-MME
S1AP
S1AP協(xié)議如前所述，是S1 連接建立的時(shí)候用來(lái)傳輸信令的協(xié)議，該協(xié)議負(fù)責(zé)S1接口的管理，E-RAB的管理，還有NAS信令的傳輸，以及UE上下文的管理。
一個(gè)簡(jiǎn)單的例子
這里通過(guò)一個(gè)簡(jiǎn)單的例子來(lái)全盤地看一下LTE系統(tǒng)是怎么樣運(yùn)轉(zhuǎn)地。
首先是從終端到Internet的方向傳輸，也就是我們通常所說(shuō)的“上行傳輸”
上面這個(gè)例子記述了包從UE是怎么一步一步地通過(guò)LTE系統(tǒng)傳輸?shù)絀nternet的。
首先，UE發(fā)出一個(gè)包時(shí)，包上面會(huì)打上UE的地址作為源地址，要去的因特網(wǎng)上的服務(wù)器的地址作為目的地址，傳送給基站eNB，然后基站給包封裝到GTP 隧道里可以傳輸?shù)腉TP包，每個(gè)包的源地址會(huì)被換成基站的地址，而目的地址則是被換成將要到達(dá)的Serving Gateway，然后，每個(gè)包也會(huì)包含他們所在傳輸隧道的隧道ID：UL S1-TEID。當(dāng)包到達(dá)Serving Gateway時(shí)，源目地址被分別換成了Serving Gateway和P-GW的地址，同時(shí)，傳輸?shù)乃淼酪灿蒘1 GTP 隧道變成了S5 GTP隧道，當(dāng)然隧道ID也會(huì)隨之變化。最后，當(dāng)包到達(dá)P-GW后，這時(shí)P-GW講GTP解開(kāi)，查看其真正的目的地址，然后將包送到互聯(lián)網(wǎng)上。這樣子就完成了一個(gè)數(shù)據(jù)包從終端的互聯(lián)網(wǎng)的上傳。
下面看一下下行的傳輸
下行的情況與上行的情況正好相反，經(jīng)過(guò)P-GW，S-GW，eNB時(shí)會(huì)對(duì)數(shù)據(jù)包打包，在eNB處會(huì)解封裝，然后直接把數(shù)據(jù)包傳輸給UE。
LTE架構(gòu).docx
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