LTE通信系统的网络拓扑结构(4G)

目录

总体结构：

模块说明：

接口说明：

LTE最全接口图：

其它：

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总体结构：

模块说明：

• GPRS（General Packet Radio Service）：通用分组无线业务
• BTS（Base Transceiver Station）：基站收发台
• BSC/PCU（Base Station Controller /Program Control Unit）：基站控制器/程序控制器
• SCGN（Serving GPRS Suport Node）：GPRS业务支持节点
• EPS（Evolved Packet System）：封包系统
• SAE （System Architecture Evolution）:系统架构演进

采用SAE的设备构成了EPC系统，Evolution Packet Core，与E-UTRAN相对应。  EPC的网元包括MME、SGW、PGW，相关网元包括HSS、PCRF。

• Control plane ：控制平面（层）     Data plane ：数据平面（层）     User plane : 用户层
• UMTS（Universal Mobile Telecommunication System）：通用移动电话通信系统
• NodeB ：WCDMA网络中的基站
• RNC （Radio Network Controller）：无线网络控制器
• MEE（Mobility Management Entity）：移动管理实体
• HSS（Home Subscribers Server）：归属用户服务器
• PCRF（Policy and Charging Rules Function）：策略及计费规则功能
• E-UTRAN（Evolved UMTS Terrestrial Radio Access Network）：演进的UMTS陆地无线接入网
• eNodeB（Evolved Node B）：演进型Node B ，简称eNB，LTE中基站的名称，相比现有3G中的Node B，集成了部分RNC的功能，减少了通信时协议的层次。
• Serving GW（Serving GateWay）：服务网关，简称SGW
• PDN GW （ Packet Data Network Gateway）：分组数据网关
• CDMA2000（Code Division Multiplex Access）：电信网（码分多址技术）
• PDSN（Packet Data Serving Node）：分组业务数据结点
• Operator Service Network：运营商服务网络
• Corporate Internet： 企业互联网

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接口说明：

Gb接口（协议）

Gb接口SGSN与BBS间的接口为Gb接口（在GPRS网络中SGSN与BSS接口）。通过该接口SGSN完成同BSS系统、MS之间的通信，以完成分组数据传送、移动性管理、会话管理方面的功能。该接口是GPRS组网的必选接口。该接口协议即可用来传输信令和话务信息。通过基于帧中继(Frame Relay)的网络业务提供流量控制，SGSN同BSS之间可以采用帧中继网进行通信，也可以采用点到点的帧中继连接进行通信。支持移动性管理功能和会话功能，如GPRS附着/分离、安全、路由选择、数据连接信息的激活/去活等，同时支持MS经BSS到SGSN间分组数据的传输。

Iu接口（协议）

Iu接口负责核心网（CN）和RNC之间的信令交互。

Iub是RNC和NODE-B之间的接口，用来传输RNC和NODE-B之间的信令以及来自无线接口的数据。

Iu-ps是指分组域的Iu接口 ，Iu-cs指电路域的接口。iu-bc接口是广播域的接口。

Iur接口是两个RNC之间的逻辑接口，用来传送RNC之间的控制信令和用户数据。Iur接口协议栈包括三层：无线网络层、传输网络层和物理层。

S3接口（协议）

在MME和SGSN设备间建立隧道，传送控制面信息。

连接网元：SGSN - MME

接口协议：GTPV2-C

S6d接口（协议）

通过S6d接口与S4 SGSN相连，采用Diameter协议，基于IP承载。

连接网元：MME – SGSN

接口协议：Diameter

S4接口（协议）

在S-GW和SGSN设备间建立隧道，传送用户面数据和控制面信息

连接网元：SGSN – SGW

接口协议：GTPV2-C  GTP-U

S6a接口（协议）

HSS通过S6a接口与MME相连，完成用户位置信息的交换和用户签约信息的管理，传送控制面信息

连接网元：MME – HSS

接口协议：Diameter

S11接口（协议）

在MME和SGW设备间建立隧道，支持承载管理，如用户附着或业务请求等。即传送控制面数据。

连接网元：MME – SGW

接口协议：GTPV2-C

S10接口（协议）

在MME设备间建立隧道，传送信令，组成MME Pool，传送控制面数据

连接网元：MME – MME

接口协议：GTPV2-C

S1-MME接口（协议）

将eNodeB和MME相连，主要完成S1接口的无线接入承载控制、接口专用的操作维护等功能。即用于传送会话管理(SM)和移动性管理(MM)信息，即信令面或控制面信息

连接网元：eNodeB - MME

接口协议：S1-AP

S12接口（协议）

传送用户面数据，类似Gn/Gp SGSN控制下的UTRAN与GGSN之间的Iu-u/Gn-u接口。

连接网元：RNC –SGW

接口协议：GTP-U

S1-U接口（协议）

用户平面接口 S1-U将基站和SGW 连接，用于传送用户数据和相应的用户平面控制帧（用户面数据）。

连接网元：eNodeB - SGW

接口协议：GTP-U

S5/8接口（协议）

• S5：在GW设备间建立隧道，传送用户面数据和控制面信息（设备内部接口）

                连接网元：SGW – PGW

                接口协议：GTPV2-C        GTP-U

• S8：漫游时，归属网络PGW和拜访网络SGW之间的接口，传送控制面和用户面数据

                连接网元：SGW – PGW

                接口协议：GTPV2-C        GTP-U

S9接口（协议）

控制面接口，传送QoS规则和计费相关的信息

连接网元：PCRF-PCRF

接口协议：Diameter

SGi接口（协议）

建立隧道，传送用户面数据

连接网元：PGW – 外部互联网

接口协议：DHCP        Radius        IPSEC        L2TP        GRE

S2a接口（协议）

它为用户平面提供了可信非3GPP IP接入和网关之间的相关控制和移动性支持

连接网元：PDSN-PDN GW

A10/A11接口（协议）

• A10：传输PCF和PDSN之间的用户业务
• A11：传输PCF和PDSN之间的信令消息

A10/A11使用移动IP消息管理A10连接。包括：

• A10连接的建立程序
• A10连接的重注册程序
• A10连接的释放程序
• A10连接的计费程序

简述处理过程：

        移动用户通过发送IS-2000始发消息发起一个分组数据呼叫。然后对用户执行正常的语音业务鉴权程序，接着建立与移动用户的业务信道连接。分组数据业务选择建立之后，进行移动台和BS/MSC之间的RLP同步过程。同时，PCF通过在A11信令接口上发送注册请求信息启动与PDSN的A10连接建立过程。PDSN可以接收或者拒接连接请求，如果连接请求被接受，那么PDSN返回带接受指示的注册应答消息，并且分组数据呼叫通过刚建立的A10连接而成功连接。

        当A10连接建立后，链路层和网络层的帧通过GRE组帧在该连接上进行双向传送。PDSN接收这些帧，去除GRE封装并根据相应的接口协议将其按照通常的帧进行处理。另一方向的处理类似：PDSN将链路层或网络层的帧封装在GRE中，PCF将这些帧往高层之前去除GRE。这样移动台与PDSN之间就存在一个点到点的链路层链接。

        为了建立A10连接，PCF为分组数据连接分配PCF话路标识（PSI）。移动PCF话路标识在PCF实体中是唯一的。PCF将归属地址字段（Home Address field）置为0，IP源地址（IP头）和登记请求消息的转交地址（COA）字段置为PCF 的IP 地址。IP 头中的目的地址和注册请求消息中的归属代理字段置为该呼叫指定的PDSN 的地址。PCF 话路标识，链路层或网络层协议类型标识，MN话路参考Id和移动用户的IMSI 的地址在注册请求消息的话路特定扩展（Session Speific Extension）中设置。

        A10 连接用于传输一个分组数据话路的用户数据。在PCF 和PDSN 之间传送的链路层或网络层的帧封装在GRE 包中，而GRE 帧封装在IP 帧中传送。用于GRE 帧的IP 头的源地址和目的地址分别使用PCF 的地址和PDSN 的地址。GRE 头的关键（Key）字段包含PSI，用来指出特定的有效载荷分组属于哪个分组数据话路。

        A11-注册请求和A11-注册应答消息由RCF2002 和IOS4.1定义。       

了解更多与A10/A11相关的知识，请访问：https://www.docin.com/p-1599522108.html

Gx接口（协议）

定义：

        LTE/EPC网络中PCEF设备与PCRF设备之间的接口。Gx接口位于PCEF功能实体和PCRF功能实体之间，用于计费控制和策略控制。Gx接口用于将PCRF的PCC规则提供给PCEF或从PCEF删除，以及将来自PCEF的相关事件传送至PCRF。

Gx接口的位置:

PCEF：Policy and Charging Enforcement Function，策略及计费执行功能，用于业务数据流的检测，从PCRF获取并执行基于业务的控制与计费策略；
PCRF：Policy and Charging Rules Function，策略及计费控制功能，根据业务特性与用户属性，制定并动态下发控制与计费策略给PCEF；
AF：Application Function，应用功能业务功能。AF实体通过Rx接口与PCRF交互，给PCRF提供上层业务应用的相关信息；
SPR：Subscription Profile Repository，用户属性存储器。SPR实体包含有与所有签约用户或签约相关的信息，可以与PCRF合设，也可以单独设置；
OFCS：Offline Charging System，离线计费系统；

Gx接口的功能：
PCEF按照PCC规则的优先级，使用PCC规则中的业务数据流过滤器来评估接收的数据包后为每一个报文选择一条PCC规则。当一个数据包匹配到业务数据流过滤器，该报文的包匹配流程已经完成，对应过滤器的PCC规则将被应用。

• 动态PCC规则。通过Gx接口由PCRF动态提供给PCEF。动态PCC规则可以在任何时刻被安装，修改或删除。
• 静态PCC规则。在PCEF上预先配置。预配置的PCC规则可以在任何时刻被PCRF激活或去激活。

Gx接口的协议栈：

Gx参考点上的信息交互由Diameter Base Protocol、 Diameter Credit Control Application和Gx Application三者所定义的消息所实现。

Gx Application

Diameter Credit Control Protocol

Diameter Base Protocol

TCP/SCTP

IP

        Diameter是一个AAA协议。它由RADIUS协议演进而来，较RADIUS协议在许多方面都有改进。Diameter被3GPP选定作为包括策略和计费控制的全部AAA功能的基础。目前，Diameter规范包括一个基础规范Diameter Base Protocol，一个传输架构AAATRANS，以及一些扩展应用，如Diameter Credit Control Application和Gx Application。

         Diameter Base Protocol（RFC3558）定义了AAA的基础规范，包括计费支持。Diameter Base Protocol自身可用于计费应用，但在鉴权和授权类应用中，它通常会进行特定的扩展。Diameter Base Protocol定义了能力协商、消息交互和链路管理方面的基础机制。 Diameter Credit Control Application（RFC4006）是在Diameter Base Protocol 基础上的扩展应用。它提供了一个新的授权和计费模型，应用于需要实时信用控制的业务环境。在它所适用的业务模型中，一般在业务发起前就必须确定有足够的信用额度，而在业务进行过程中会进行实时的业务事件上报和批价处理。

LTE最全接口图：

其它：

更多接口（协议）可浏览：https://blog.csdn.net/dingyun00196932/article/details/46548699

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