[LTE 架构]E-Utran、E-UTRAN接口、及LTE网络的结构

定义

在LTE网络（即俗称的4G网络）中，因为演进关系，我们将接入网部分称为E-UTRAN（Evolved UMTS Terrestrial Radio Access Network，演进的UMTS陆地无线接入网），即LTE中的移动通信无线网络。

架构中的定位

历史版本为UTRAN（陆地无线接入网），是3G网络的接入网。

作为连接EPC（4G核心网络）和UE（用户设备）的中间结构，向上通过S1与4G核心网连接，向下通过Uu接口与用户设备相连

结构

通信结构的最上层称作核心网，上图中的核心网为EPC[EPC的内容可见我的这篇博文]

中间部分负责核心网与UE的连接，称作接入网，上图中的接入网为E-UTRAN

网络结构概念区分

缩略语	中文	概念范围
EPS	演进分组系统	接入网+核心网
EPC	演进分组核心网	核心网
E-UTRAN	演进通用接入无线网	核心网
SAE	研究系统结构演进（与EPC重叠）	核心网
LTE	研究无线接口长期演进（与E-UTRAN重叠）	接入网

 

 与UTRAN的区别

 上图表示了两者的区别，其中左侧为UTRAN（3G），右侧为E-UTRAN（4G）。

E-UTRAN由多个eNB（演进的NodeB）组成，相比于左侧的NodeB（代表基站），在包含NodeB的功能外，还承担了RNC（无线网络控制器）的大部分功能。由此接入网的组成变得更加简洁【扁平化】。

此外，E-UTRAN中的eNB接口：

• eNodeB之间由X2接口相互连接，支持数据和信令的直接传输；
• eNodeB与EPC之间由S1接口连接，其中：S1-MME是eNodeB连接MME的控制面接口，S1-U是eNodeB连接S-GW的用户面接口。[1]

eNB的主要功能

1. 无线资源管理相关功能，包括：无线承载控制、接纳控制、连接移动性管理、上/下行动态资源的分配与调度；
2. IP头压缩与用户数据流加密；
3. UE附着时的MME选择；
4. 提供到业务网关（S-GW）的用户面数据的路由；
5. 寻呼消息的调度（scheduling）与传输（transmission）；
6. 系统广播消息的调度与传输；
7. 测量与测量报告的配置。

 

接口的示意图

以LTE D2为baseline的LTE V2X的结构

为了更直观的展现架构中各成分之间的通信接口，借用了我读过的这篇论文中的图片，此图片是LTE-V2X的架构接口图。其中E-UTRAN就是我们所关注的对象，他是由eNB构成的。

【E-UTRAN网络接口】[1]

S1接口

   S1—用户平面

                  

        S1接口用户平面（eNodeB~S-GW）

      S1用户面接口（S1-U）是指连接在eNodeB和S-GW之间的接口， S1-U接口提供eNodeB和S-GW之间用户平面PDU的非保障传输。S1接口用户平面协议栈如上图所示，传输网络层建立在IP层之上，并且位于UDP/IP 之上的GTP-U 用于在eNodeB和S-GW之间传输用户平面PDU。

附：

• 使用GTP用户平面的一个优点是它固有的可鉴别隧道的机制并支持3GPP内部的移动性。
• 对于用户平面协议栈，IP版本号和数据链路层是完全任选的。
• 一个传输承载是由GTP隧道端点和IP地址来鉴别的（源TEID（隧道端点标识）、目的TEID、源IP地址、目的IP地址）。
• S-GW将给定承载的下行数据包发送给与该承载相关的eNodeB IP地址。
• eNodeB将给定承载的上行数据包发送给该承载在相关的EPC Ip地址。

   S1—控制平面

                 

        S1接口控制平面（eNodeB~MME）

      在IP传输层，点对点传输被用于传送信令PDU。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通信内容指示标记，以及eNodeB分配的针对S1-MME 专用处理流程的eNodeB通信内容指示标记，都应当对特定UE的S1-MME信令传输承载进行区分；通信内容指示标记在S1-AP消息中单独传送。

      SCTP（Stream Control Transmission Protocol）—流控制传输协议：是一种可靠的传输协议，它在两个端点之间提供稳定、有序的数据传递服务（非常类似于 TCP），并且可以保护数据消息边界（例如 UDP）。然而，与 TCP 和 UDP 不同，SCTP 是通过多宿主（Multi-homing）和多流（Multi-streaming）功能提供这些收益的，这两种功能均可提高可用性 。

SCTP 提供如下服务：

* 确认用户数据的无错误和无复制传输；

* 数据分段以符合发现路径最大传输单元的大小；

* 在多数据流中用户信息的有序发送，带有一个选项，用户信息可以按到达顺序发送；

* 选择性的将多个用户信息绑定到单个 SCTP 包；

* 通过关联的一个终端或两个终端多重宿主支持来为网络故障规定容度。

X2接口

   X2—用户平面

                  

           X2接口用户面(eNodeB-eNodeB)

       X2 用户面接口(X2-U)是指连接在eNodeB之间的用户面接口， X2-U接口提供非保证的用户面PDU的交付。X2的用户面协议栈如上图所示，传输网络层是建立在IP传输上，GTP-U是在UDP/IP上承载用户面的PDU。

       X2-UP接口协议栈和S1-UP协议栈是一样的。

    X2—控制平面

                    

             X2接口用户面(eNodeB-eNodeB)

         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，特定流程标识数目的上线是FFS。源eNodeB为X2-C的特定流程分配源eNodeB通讯的上下文标识，目的eNodeB为X2-C的特定流程分配目的eNB通讯的上下文标识。这些上下文标识用来区别UE特定的X2-C信令传输承载。通讯上下文标识通过各自的X2-AP消息传达。

【S1接口例程——承载管理】

• 目的：在CN和eNodeB上为UE建立业务通道。
• E-RAB Setup Request主要信元：MME和eNodeB为UE分配的ID号，需要建立的SAE承载列表（具体包括SAE承载ID，承载的QoS参数信息，承载的传输地址等），NAS-PDU等。
• E-RAB Setup Response主要信元：MME和eNodeB为UE分配的ID号，建立成功的SAE承载列表以及没有建立成功的承载列表。

【S1接口例程——上下文管理】

•  目的：在eNB中建立UE的初始上下文。
•  Initial Context Setup Request主要信元：MME和eNB为UE分配的ID号，需要建立的SAE承载列表（具体包括SAE承载ID，承载的Qos参数信息，承载的传输地址等），NAS-PDU，安全信息，切换限制列表，UE无线能力等。
•  Initial Context Setup Response主要信元：MME和eNB为UE分配的ID号，建立成功的SAE承载列表以及没有建立成功的承载列表。

【S1接口例程——切换资源分配】

• 目的：通知目标eNB为即将切换过来的UE分配资源。
• Handover Request主要信元：MME和eNB为UE分配的ID号，切换类型，切换原因，需要为UE建立的SAE承载列表（具体包括SAE承载ID，承载的Qos参数信息，承载的传输地址等）。
• Handover Request ACK主要信元：MME和eNB为UE分配的ID号，切换类型, 成功建立的SAE承载列表以及没有建立成功的承载列表。

【S1接口例程——寻呼】

• 目的：MME通过寻呼与处于IDLE状态的UE建立信令连接。
• Paging主要信元：要寻呼的UE的ID，寻呼原因，要寻呼的跟踪区列表。

 

Reference：

[1] https://www.cnblogs.com/kkdd-2013/p/3863710.html 接口说明全部来自这篇博文的后半段