[科普中国]-LTE网络架构-

LTE接入网称为演进型UTRAN（Evovled UTRAN，E-UTRAN），相比传统的UTRAN架构，E-UTRAN采用更扁平化的网络结构。

具体阐释E-UTRAN去除RNC网络节点，目的是简化网络架构和降低延时，RNC功能被分散到了演进型Node B（Evovled Node B，eNode B）和服务网关（Serving GateWay，S-GW）中。E-UTRAN结构中包含了若干个eNode B，eNode B之间底层采用IP传输，在逻辑上通过X2接口互相连接，即网格（Mesh）型网络结构，这样的设计主要用于支持UE在整个网络内的移动性，保证用户的无缝切换。每个eNode B通过S1接口连接到演进分组核心（Evolved Packet Core，EPC）网络的移动管理实体（Mobility Management Entity，MME），即通过S1-MME接口和MME相连，通过S1-U和S-GW连接，S1-MME和S1-U可以被分别看作S1接口的控制平面和用户平面。

在EPC侧，S-GW是3GPP移动网络内的锚点。MME功能与网关功能分离，主要负责处理移动性等控制信令，这样的设计有助于网络部署、单个技术的演进以及全面灵活的扩容。同时，LTE/SAE体系结构还能将SGSN和MME功能整合到同一个节点之中，从而实现一个同时支持GSM、WCDMA/HSPA和LTE技术的通用分组核心网。1

组成高层次的网络架构，LTE是由以下三个主要组件：

1、用户设备 (UE).

2、进化UMTS地面无线接入网 (E-UTRAN).

3、分组核心演进 (EPC).

功能划分与3G类似，LTE采用E-UTRAN与EPC功能相分离的方案，同时精简部分网元，合并相关功能，E-UTRAN和EPC的功能划分如图2所示。

从图2可知，eNode B、MME、SGW的功能分别如下。

（1）eNode B功能

· 无线资源管理：无线承载控制、无线许可控制、连接移动性控制、上行和下行资源动态分配（即调度）。

· IP头压缩和用户数据流加密。

· 当从提供给UE的信息中无法获知MME的路由信息时，选择UE附着的MME。

· 用户面数据向S-GW的路由。

· 从MME发起的呼叫信息的调度和发送。

· 从MME或O&M发起的广播信息的调度和发送。

（2）MME功能

· 将寻呼消息发送到相关的eNode B；

· 空闲状态的移动性控制；

· SAE承载控制；

· 非接入层信令的加密和完整性保护。

（3）SGW功能

· 用户数据包在无线接入网的终结；

· 支持UE移动性的用户平面数据交换。2

S1、X2接口在LTE/SAE架构中，eNode B之间的接口称为X2接口，eNode B与EPC核心网之间的接口称为S1接口。

X2接口eNode B之间通过X2接口互相连接，形成了所谓Mesh型网络，这是LTE相对原来的传统移动通信网的重大变化，产生这种变化的原因在于网络结构中没有了RNC，原有的树型分支结构被扁平化，使得基站承担更多的无线资源管理责任，需要更多地和其相邻的基站直接对话，从而保证用户在整个网络中的无缝切换。X2接口分为用户平面和控制平面，协议架构如图3所示。

（1）用户平面

X2用户平面接口X2-U在eNode B之间的IP传输层上，采用面向非连接的UDP协议进行用户数据传输，在UDP协议之上承载GTP-U协议，即采用和S1接口相同的用户平面机制。利用X2接口和S1接口用户平面数据的相似性，采用相同的协议结构，既利用现有的成熟协议，也简化基站的协议处理要求，不必再为X2接口用户平面专门设计传输协议。

（2）控制平面

与S1-MME接口相似，X2控制平面接口X2-C的协议结构底层也采用SCTP over IP的机制，保证信令的可靠传输，SCTP上层是X2接口的专用信令部分X2-AP。

S1接口S1接口位于eNode B和MME/SGW之间，将SAE/LTE演进系统划分为无线接入网和核心网。沿袭承载和控制分离的思想，S1接口分为用户平面和控制平面，如图4所示。其中用户平面接口S1-U连接eNode B和SGW，用于传送用户数据和相应的用户平面控制帧。控制平面接口S1-MME则将eNode B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。

（1）用户平面

从S1用户平面接口的协议栈来看，S1-U在IP层之上采用面向非连接的UDP，即采用用户平面PDU不保证传送机制，在UDP之上承载GTP-U协议，满足SAE/LTE对分组核心网采用统一GTP协议的要求。

（2）控制平面

S1控制平面接口S1-MME，在IP层之上采用比TCP协议功能更为强大的SCTP，为上层S1-AP（S1-应用部分），即控制平面协议提供有保证的可靠传输并能支持IP网络上的No.7信令系统功能，从而可以实现VoIP业务。SCTP的另一个重要特点是对多重联外线路的支持，一个端点可以由多于一个IP地址组成，使得传输可在主机间做到透明的网络容错备援。

E-UTRANE-UTRAN扁平化网络架构具有网络共享、负载均衡、鲁棒性强的优点，在网络架构和接口设计过程中，基本遵循以下原则：

· 信令面和数据面的逻辑分割；

· RRC连接的移动性完全由E-UTRAN控制；

· 当定义E-UTRAN接口时，应该尽量减少接口功能划分的选项数量；

· 一个接口应该基于通过这个接口控制的实体逻辑模型来设计；

· 一个物理网元可以包含多个逻辑节点。

本词条内容贡献者为:

李嘉骞 - 博士 - 同济大学