EPS系统网络结构学习总结报告.ppt
学习报告,EPS系统网络架构学习总结,报告人：孟刚,Contents,EPS系统中协议层次结构及各层功能介绍,3,LTE网络结构,LTE采用“扁平”的无线访问网络结构，取消RNC节点，简化网络设计。实现了全IP路由，各个网络节点之间与Internet没有太大的区别，网络结构趋近于IP宽带网络结构,LTE的主要技术特征,3GPP从“系统性能要求”、“网络的部署场景”、“网络架构”、“业务支持能力”等方面对LTE进行了详细的描述。与3G相比，LTE具有如下技术特征：(1)通信速率有了提高，下行峰值速率为100Mbps、上行为50Mbps。(2)提高了频谱效率，下行链路5(bit/s)/Hz，(3-4倍于R6版本的HSDPA);上行链路2.5(bit/s)/Hz，是R6版本HSU-PA的2-3倍。(3)以分组域业务为主要目标，系统在整体架构上将基于分组交换。(4)QoS保证，通过系统设计和严格的QoS机制，保证实时业务(如VoIP)的服务质量。(5)系统部署灵活，能够支持1.25MHz-20MHz间的多种系统带宽。保证了将来在系统部署上的灵活性。(6)降低无线网络时延：子帧长度0.5ms和0.675ms，解决了向下兼容的问题并降低了网络时延，时延可达U-plan5ms，C-plan100ms。(7)增加了小区边界比特速率（？），在保持目前基站位置不变的情况下增加小区边界比特速率。如MBMS(多媒体广播和组播业务)在小区边界可提供1bit/s/Hz的数据速率。(8)强调向下兼容，支持已有的3G系统和非3GPP规范系统的协同运作。与3G相比，LTE更具技术优势，具体体现在：高数据速率、分组传送、延迟降低、广域覆盖和向下兼容。,（附）下行100Mb/s的由来,采用一型帧结构时，一个10ms无线帧分为10个子帧，一个子帧分为两个时隙，一个时隙0.5ms一个时隙内理解为传输一个资源块（RB）一个RB带宽为180kHz，由12个带宽为15kHz的子载波组成每个子载波在一个时隙内传输7个OFDM符号一个OFDM符号承载6bit信息位（64QAM调制）20MHz下的RB数目：20MHz/180kHz=111（100）个则20MHz下行带宽为：*=6*168*100*1000=100800000Bits/s=100Mb,LTE的关键技术,多载波技术正交频分复用（OFDM）各个子载波重叠排列，同时保持子载波之间的正交性，以避免子载波之间的干扰。部分重叠的子载波排列可以大大提高频谱效率。多天线技术使用多天线的MIMO技术能够充分利用空间资源，在不增加系统带宽和天线发射总功率的情况下，可有效对抗无线信道衰落的影响，大大提高系统的频谱利用率和信道容量。分组交换技术LTE是完全面向分组的多服务系统。使用分组交换，可以令分组的长度与相关时间可比，使得分组都落在信道质量较好的时间段。,EPS概述,LTE致力于无线接入网的演进（E-UTRAN）。系统架构演进（SAE）则致力于分组网络的演进（演进型分组核心网EPC）。LTE和SAE共同组成演进型分组系统（EPS）。,EPS架构（非漫游场景）,EPS的功能划分,eNB实现的功能,无线资源管理（RRM），包括无线承载控制（RBC）、无线准入控制（RAC）、连接移动性控制（CMC）和UE上行和下行的动态资源分配；IP头压缩和用户数据流加密；UE连接器件，选择MME，当无路由信息利用时，可以根据UE提供的信息来间接确定到达MME的路径；路由用户平面数据到S-GW；调度和传输寻呼信息（来自MME）；调度和传输广播信息（来自MME或者O&M）；就移动性和调度，进行测量和测量报告的配置。,MME实现的功能,NAS信令；NAS信令安全；在3GPP访问网络之间移动时，CN节点之间的信令传输；IDLE模式下，UE的可达性（包括控制和执行寻呼重传）；跟踪区域的列表管理（UE的IDLE模式和ACTIVE模式）；P-GW和S-GW的选择；MME选择，MME改变带来的切换；SGSN选择，为了切换到2G或者3G访问网络；漫游；确认；承载管理，包括专用承载建立等。,S-GW实现的功能,为eNB间的切换，进行本地的移动定位；3GPP间的移动性管理，建立移动安全机制；在E-UTRAN的IDLE模式下，下行包缓冲和网络初始化，这些动作由服务请求过程触发；授权侦听；包路由和前向转移（？）；在上行和下行，进行传输级的包标记；在运营商之间交换用户的QoS类别标识的有关计费信息；UE、PDN和QCI的上、下行费用信息等。,P-GW实现的功能,用户的包过滤（比如：借助深度包探测方法）；授权侦听；UE的IP地址分配；传输级的下行包标记；上下行服务级计费、门控和速率控制；基于总最大位速率的下行速率控制。,EPS系统信令和数据流,E-UTRAN的开放接口示意图,S1接口：连接E-UTRAN与CN。开放的S1接口，使得E-UTRAN的运营商有可能采用不同的厂商设备来构建E-UTRAN与CN。X2接口：实现eNB之间的互连。LTE-Uu接口：是E-UTRAN的无线接口。Uu是UE接入到系统固定部分的接口。因此，在用户眼中Uu可能是E-UTRAN中最重要的接口。,LTE无线接口协议,LTE无线接口协议根据用途分为用户面（User plane）协议栈和控制面（Control plane）协议栈。用户面主要执行头压缩、调度、加密等功能。控制面主要执行系统信息广播、RRC连接管理、RB控制、寻呼、移动性管理、测量配置及报告等。,LTE协议栈结构,控制平面协议栈,用户平面协议栈,LTE S1接口协议栈结构,用户平面协议栈控制平面协议栈,LTE X2接口协议栈结构,用户平面协议栈,控制平面协议栈,EPS承载与QoS,承载(Bearer)是UE和网关之间有相应QoS(Quality of Service)保障的IP数据包。承载根据不同的服务对QoS的不同要求分为：GRB bear（Guaranteed bit rate bear）和Non-GRB bear。,用户设备的状态,用户设备（User Equipment）的无线资源控制（Radio Resource Control，RRC）状态决定了接入层所执行的操作和过程。RRC状态分为两种：空闲状态（RRC_IDLE）和连接状态（RRC_CONNECTED）。空闲状态下执行的功能：UE特定的非连续接收（DRX）；监听广播信道，获取系统信息；监听寻呼信道，检测来电；UE执行小区选择和重选。连接状态下执行的功能：获得E-UTRAN分配的无线资源；可以与网络交互数据；向网络报告缓存状态和信道质量；由eNB控制小区切换。,无线资源控制（RRC）协议提供的功能,RRC负责处理UE和E-UTRAN之间的大部分控制信令，主要功能如下：系统信息：处理系统信息的广播。系统信息也包括非接入层（NAS）的一般信息。一些系统信息仅对空闲状态的UE有效。连接控制：完成RRC连接的建立、修改和释放，包括寻呼、安全性控制、建立信令无线承载（SRB）和数据无线承载（DRB）、切换、配置低层等操作。移动性管理：完成各种无线接入技术（RAT）间的切换。测量配置与报告：完成频率内、频率间以及RAT间的测量。,层二的下行功能框图,层二下行功能框架图,层二的上行功能框图,层二上行功能框架图,分组数据汇聚（PDCP）协议实现的功能,头压缩与解压缩，只支持ROHC压缩算法用户面和控制面的数据传输，此功能用于PDCP用户间的数据传递提供PDCP序列号，供无线承载使用；切换时对上层PDU的顺序递交；下层SDU的复制与检测；（？）用户面数据和控制面数据加密；控制面数据的完整性保护和验证；基于定时器的丢包；,无线链路层（RLC）协议实现的功能,传送RLC PDU；通过ARQ（？），进行错误校验（仅在AM数据传输时）；分段、组合和重组RLC SDU（仅在UM和AM数据传输时）；重新分段和重新组合RLC PDU（仅在AM数据传输时）；上层PDU的顺序发送（仅在UM和AM数据传输时）；复制检测，检测收到的RLC PDU复制（仅在UM和AM数据传输时）；RLC SDU丢弃（仅在UM和AM数据传输时）；RLC连接重建；协议的错误发现和恢复机制；eNB和UE之间的流控制。,媒体接入层（MAC）协议实现的功能,逻辑信道与传输信道之间的映射；将MAC的SDU复用，然后经过传输信道发送到物理层；由物理层经过传输信道来的传输块，由MAC子层解复用成RLC的SDU；业务量的检测，并将业务状态的动态检测报告给RRC层，RRC层依据这些报告对无线承载以及传输信道参数进行优化或者重新配置；经过HARQ，改正错误；在UE的逻辑信道之间进行优先级处理；在UE之间借助动态调度进行优先级处理；传输格式选择；逻辑信道优先级管理。,MAC层的主要过程和操作,随机接入过程（Random access procedure）不连续接收（DRX）调度（Scheduling）混合冗余重传（HARQ）,物理层（PHY）（？）,对于LTE的物理层的多址方案，在下行方向上采用基于循环前缀的正交频分复用（OFDM），在上行方向上采用基于循环前缀的单载波频分多址（SC-FDMA）。为了支持成对的和不成对的频谱，支持频分双工（FDD）模式和十分双工（TDD）模式。物理层是基于资源块（PRB）以带宽不可知的方式进行定义的，从而允许LTE的物理层适用于不同的频谱分配。一个资源块在频域上或者占用12个宽度为1kHz的子载波，或者占用24个宽度为7.5kHz的子载波。LTE支持两种类型的无线帧结构：类型1，适用于FDD模式；类型2，适用于TDD模式。每一个无线帧的长度为10ms，由20个时隙构成，每个时隙长度为0.5ms。,物理信道与传输信道映射,下行上行,UE to Net网络接入过程：系统广播小区选择初始接入附着（去附着）服务请求（通信会话）,系统广播,广播作用：使UE了解当前存在哪些网络、哪些可用技术、运营商、信道和参数连接网络等信息。E-UTRAN广播类型：广播信道（BCH）、下行链路共享信道（DL-SCH）。,系统信息广播消息流,小区选择,UE选择合适的小区驻留以便进行网络注册。选择小区的参考标准包括：运营商技术无线标准小区状态：运营商可以灵活改变一个小区的状态来允许或禁止一些用户来选择或重选择一些小区。正常情况下，对于处于服务中的小区，小区状态被设置为“非禁用”和“非预留”。而“禁用”状态指UE在紧急情况下也不能选择该小区。“为运营商预留”状态意味着小区为运营商保留，只有专门类型的用户（运营商）才可以选择该小区。,初始接入过程,为了注册到网络，UE需要执行初始接入过程。该过程利用随机接入过程，使UE与网络建立一个RRC连接。E-UTRAN定义两类随机接入过程：基于竞争的随机接入过程；基于非竞争的随机接入过程。,基于竞争的随机接入过程,基于非竞争的随机接入过程,附着（Attach）,UE进行实际业务前在网络中的注册过程，是一个必要的过程，用户只有在附着成功后才可以接收来自网路的服务（紧急呼叫不必附着，紧急呼叫不被认为是一种服务）。附着过程始终由UE发起：UE开机时触发；UE完全离开网路覆盖一段时间，需重新附着。附着过程，完成的工作：用户与网路相互鉴权，UE与MME建立MM上下文；MME为UE建立默认承载；UE获得网络侧分配的IP地址；用户位置登记；临时身份标识的分配,附着流程,去附着（Detach）,当UE不需要或者不能够继续附着在EPS网络上时，将发起去附着。两种类型：显式：网络或UE明确地请求去附着，并互相用信令通知对方，如用户关机、运营商将用户从网络中移除。隐式：当UE与网路失去通信一段时间后，每一方都隐式认为不再处于激活状态，其目的是在UE从覆盖网络中消失或无法执行显示注销时，避免网络为用户保持上下文和资源。网络侧发起的可由MME发起（指UE与网络长时间没有交互）或HSS发起（用户负签约信息、计费信息等方面的原因）。,去附着流程（显式）,服务请求（Service Request）,UE发起的服务请求：请求网络提供无线承载，它对应于开始数据会话或激活新业务。UE从IDLE状态转换到ACTIVE状态。网络发起地服务请求：激活专用承载，UE处在ACTIVE状态时的业务激活。,承载创建/修改/删除流程,切换,X2切换该切换使用eNB之间的X2接口，并且MME不会发生变化，但是S-GW可能发生变化源和目标eNB之间完成资源预留之后，通知MME切换S1切换如果eNB之间没有X2接口，则使用S1切换MME和S-GW都可能发生变化，目标MME决定是否重选S-GWIRAT切换在UTRAN/GERAN和EUTRAN之间发生的切换该切换中可能有数据转发，根据转发数据是否经过核心网分为间接转发和直接转发间接转发的隧道在切换完成后，目标侧MME/SGSN会释放UTRAN/GERAN连接的S-GW是否在转发路径上由SGSN决定切换总是由源端的eNB或者RNC触发,X2接口切换,一个MME/S-GW的范围内切换流程：切换准备：源eNB根据UE的测量报告，决定进行eNB切换，并向目标eNB发送切换请求；目标eNB进行准入控制后回送切换请求应答；切换执行：源eNB向UE发送切换命令，并提交已经缓存和正在传输的包到目标eNB；UE与目标eNB进行同步，进而执行切换确认。切换完成：目标eNB向MME发送路径切换消息，MME向S-GW发送更新U平面的请求；S-GW向MME回送更新U平面请求响应；MME向eNB回送路径切换的确认；目标eNB通知源eNB释放资源，源eNB将数据前转给目标eNB。,S1切换,PDN连接,PDN去连接,Thank You!,
