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空中接口协议栈


5.3 LTE 系统接口协议
2013-06-08 移动通信网

空中接口协议栈
空中接口是指终端和接入网之间的接口, 通常也称之为无线接口。 无线接口协议主要是用来 建立、 重配置和释放各种无线承载业务。 无线接口协议栈根据用途分为用户平面协议栈和控 制平面协议栈。

2.1 控制平面协议
控制平面负责用户无

线资源的管理, 无线连接的建立, 业务的 QoS 保证和最终的资源释放, 如图 3 所示:

控制平面协议栈主要包括非接入层(Non‐Access Stratum,NAS)、无线资源控制子 层 (Radio Resource Control, RRC) 、 分组数据汇聚子层 (Packet Date Convergence Protocol,PDCP)、无线链路控制子层(Radio Link Control,RLC)及媒体接入控 制子层(Media Access Control,MAC)。 控制平面的主要功能由上层的 RRC 层和非接入子层(NAS)实现。

NAS 控制协议实体位于终端 UE 和移动管理实体 MME 内, 主要负责非接入层的管理和控 制。实现的功能包括:EPC 承载管理,鉴权,产生 LTE‐IDLE 状态下的寻呼消息,移动
性管理,安全控制等。

RRC 协议实体位于 UE 和 eNode B 网络实体内,主要负责接入层的管理和控制,实现的 功能包括: 系统消息广播, 寻呼建立、 管理、 释放, RRC 连接管理, 无线承载 (Radio Bearer, RB)管理,移动性功能,终端的测量和测量上报控制。 PDCP、MAC 和 RLC 的功能和在用户平面协议实现的功能相同 2.2 用户平面协议 用户平面用于执行无线接入承载业务, 主要负责用户发送和接收的所有信息的处 理,如图 2‐4 所示:

图 4 用户平面协议栈 用户平面协议栈主要由 MAC,RLC,PDCP 三个子层构成。

PDCP 主要任务是头压缩,用户面数据加密。 MAC 子层实现与数据处理相关的功能,包括信道管理与映射、数据包的封装与解封装, HARQ 功能,数据调度,逻辑信道的优先级管理等。 RLC 实现的功能包括数据包的封装和解封装,ARQ 过程,数据的重排序和重复检测,协
议错误检测和恢复等。

3、S1 接口协议栈
3.1 S1 接口用户平面 S1 用户面接口(S1‐U)是指连接在 eNode B 和 S‐GW 之间的接口。S1‐U 接口提供 eNode B 和 S‐GW 之间用户平面协议数据单元 (Protocol Date Unite, PDU)的非保障传输。S1 接口用户平面协议栈如图 2‐5 所示。S1‐U 的传输 网络层建立在 IP 层之上,UDP/IP 协议之上采用 GPRS 用户平面隧道协议 (GPRS Tunneling Protocol for User Plane, GTP‐U) 来传输 S‐GW 和 eNode B 之间的用户平面 PDU。

图 5 S1 接口用户平面(eNB-S-GW )

3.2 S1 接口控制平面 S1 控制平面接口(S1‐MME)是指连接在 eNode B 和 MME 之间的接口。S1 控制平面接口如图 6 所示。 与用户平面类似, 传输网络层建立在 IP 传输基础上; 不同之处在于 IP 层之上采用 SCTP 层来实现信令消息的可靠传输。应用层协议 栈可参考 S1‐AP(S1 应用协议)。

图 6 S1 接口控制平面(eNB-MME) 在 IP 传输层, PDU 的传输采用点对点方式。每个 S1‐MME 接口实例都关联一个单独 的 SCTP, 与一对流指示标记作用于 S1‐MME 公共处理流程中; 只有很少的流指示标记 作用于 S1‐MME 专用处理流程中。

MME 分配的针对 S1‐MME 专用处理流程的 MME 通信上下文指示标记, 以及 eNode B 分配的针对 S1‐MME 专用处理流程的 eNode B 通信上下文指示标记,都应当对特定 UE 的 S1‐MME 信令传输承载进行区分。通信上下文指示标记在各自的 S1‐AP 消息
中单独传送。

3.3 主要功能 S1 接口主要具备以下功能: (1)EPS 承载服务管理功能,包括 EPS 承载的建立、修改和释放。

(2)S1 接口 UE 上下文管理功能。 (3) EMM‐CONNECTED 状态下针对 UE 的移动性管理功能。 包括 Intra‐LTE 切换、Inter‐3GPP‐RAT 切换。 (4)S1 接口寻呼功能。寻呼功能支持向 UE 注册的所有跟踪区域内的小区中发 送寻呼请求。基于服务 MME 中 UE 的移动性管理内容中所包含的移动信息,寻 呼请求将被发送到相关 eNode B。 (5)NAS 信令传输功能。提供 UE 与核心网之间非接入层的信令的透明传输。 (6)S1 接口管理功能。如错误指示、S1 接口建立等。 (7)网络共享功能。 (8)漫游与区域限制支持功能。 (9)NAS 节点选择功能。 (10)初始上下文建立功能。

4、 X2 接口协议栈
4.1 X2 接口用户平面 X2 接口用户平面提供 eNode B 之间的用户数据传输功能。X2 的用户平面协议 栈如图 2‐7 所示, 与 S1‐UP 协议栈类似, X2‐UP 的传输网络层基于 IP 传输, UDP/IP 之上采用 GTP‐U 来传输 eNode B 之间的用户面 PDU。

图 7 X2 接口用户面(eNB-eNB)

4.2 X2 接口控制平面 X2 控制面接口(X2‐CP)定义为连接 eNB 之间接口的控制面。X2 接口控制面的 协议栈如图 8 所示,传输网络层是建立在 SCTP 上,SCTP 是在 IP 上。应用层 的信令协议表示为 X2‐AP(X2 应用协议)。

图 8 X2 接口控制面 每 X2‐C 接口含一个单一的 SCTP 并具有双流标识的应用场景应用 X2‐C 的一般流程。 具有多对流标识仅应用于 X2‐C 的特定流程。 源 eNB 为 X2‐C 的特定流程分配源 eNB 通信的上下文标识,目标 eNB 为 X2‐C 的特定流程分配目标 eNB 通信的上下文标识。 这些上下文标识用来区别 UE 特定的 X2‐C 信令传输承载。通信上下文标识通过各自的 X2‐AP 消息传输。

4.3 主要功能 X2‐AP 协议主要支持以下功能: (1) 支持 UE 在 EMM‐CONNECTED 状态时的 LTE 接入系统内的移动性管理 功能。 如在切换过程中由源 eNB 到目标 eNB 的上下文传输; 源 eNB 与目标 eNB 之间用户平面隧道的控制、切换取消等。

(2)上行负载管理功能。 (3)一般性的 X2 管理和错误处理功能,如错误指示等。


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