基本系统架构配置的接口与协议

图3-9给出了与UE和PDN连接有关的控制平面（CP）协议。来自于单个MME的接口分为两个部分，上面部分表示针对E-UTRAN和UE的协议，下面部分表示针对网关的协议。使用白色背景表示的协议是由3GPP开发的，而使用浅灰色背景表示的协议是由IETF开发的，这些协议代表了EPS传输所用到的标准互联网技术。3GPP仅对这些协议的特殊使用方法进行了定义。

图3-9 EPS中的控制平面协议栈

控制平面中的最高层为非接入层（Non-Access Stratum，NAS），它是由两个单独协议构成的，这些协议通过UE和MME之间的直接信令传输载体进行传送。NAS层协议的内容对eNodeB来说是不可见的，且eNodeB除了传送信息和提供一些传输层附加指示信息以及某些特定情况下的消息外，不以任何方式参与这些活动。NAS层协议主要包括：

（1）EPS移动性管理（EPSMobility Management，EMM） EMM协议负责对系统内的UE移动性进行处理。其功能主要包括与网络建立和断开连接，并在其中执行位置更新功能。这通常称为跟踪区更新（Tracking Area Updating，TAU），一般在空闲模式下发生。需要注意的是，连接模式下的切换是由低层协议进行处理的，但EMM层确实包含能够将UE从空闲模式激活的功能实体。由UE发起的状态称为业务请求（Service Request），而寻呼（Paging）代表由网络发起的状态。UE标识认证和保护（即为UE分配临时标识GUTI）以及NAS层安全功能控制、加密和完整性保护也是EMM层的一部分。

（2）EPS会话管理（EPS Session Management，ESM） 该协议可以用于处理UE和MME之间的承载管理，此外它还可以应用于E-UTRAN承载管理过程。需要注意的是，如果在网络中，承载环境是可用的，且E-UTRAN流程可以随时启动，则引入协议的目的不是使用ESM流程。当UE已经与网络中运营商附属应用功能实体建立通信，且相关信息通过PCRF已可用时，就会出现这种情况。无线接口协议（此处仅做简要描述，因为这些功能将在本书的其他章节进行详细讲解）：

（1）无线资源控制（Radio Resource Control，RRC） 该协议用于控制无线资源使用。它具有UE信令和数据连接管理功能，以及切换功能。

（2）分组数据会聚协议（PDCP） PDCP的主要功能是IP报头压缩（用户平面）、加密和完整性保护（仅适用于控制平面）。

（3）无线链路控制（Radio Link Control，RLC） RLC协议负责在无线接口传输时，对PDCP-PDU进行分割和级联。同时，它还通过采用自动请求重传（Automatic Repeat Request，ARQ）方法来提供纠错功能。

（4）媒体接入控制（Medium Access Control，MAC） MAC负责根据优先级对数据进行调度，并将数据复用到第1层传输块上。同时，MAC层还通过采用混合自动请求重传（Hybrid Automatic Repeat Request，HARQ）来提供纠错功能。

（5）物理层（Physical Layer，PHY） 这是LTE-Uu无线接口的第1层，该接口主要用于处理DS-CDMA（Direct Sequence-Code Division Multiple Access，直扩码分多址）层功能。

S1是E-UTRAN和EPC之间的接口，它包括如下协议：

（1）S1应用协议（S1 Application Protocol，S1AP） S1AP主要负责处理E-UTRAN和EPC之间的UE控制平面（CP）和用户平面（UP）连接，包括在涉及到EPC时参与切换过程。

（2）SCTP/IP信令传输 流控制传输协议（SCTP）和互联网协议（IP）代表了适用于信令消息的标准IP传输模式。SCTP提供了可靠传输和依次传送功能。IP本身能够运行于多种数据链路和物理层技术（第2层和第1层）之上，可以根据可用性对运行环境进行选择。

在EPC中，对于S5/S8接口来说，有两种可选协议。当S5/S8接口采用的协议是GTP时，会涉及到如下协议：

（1）GPRS隧道协议-控制平面（GPRS Tunneling Protocol-Control Plane，GTP-C） 它用于对EPC中的用户平面（UP）连接进行管理，包括传送QoS及其他参数。如果S5/S8接口采用的协议是GTP，则GTP-C也可以用于管理GTP-U（GPRS Tunneling Protocol-User Plane，GPRS隧道协议-用户平面）隧道。同时，GTP-C还可以在EPC内执行移动性管理功能，如当某个UE的GTP-U隧道需要从一个节点切换到另一个节点时。

（2）UDP（User Datagram Protocol，用户数据报协议）/IP传输 UDP和IP可用作标准的基础IP传输协议。之所以使用UDP，而不使用TCP（Transmission Control Protocol，传输控制协议），是因为高层已提供错误恢复和重传等可靠传输手段。EPC中的IP分组可以在各种第2层和第1层技术之上进行传输。以太网（Ethernet）和异步传输模式（Asynchronous Transfer Mode，ATM）就是这些技术中的两个典型实例。(www.xing528.com)

当S5/S8接口采用的协议是PMIP时，会涉及到如下协议：

（1）代理移动互联网协议（PMIP） 对于S5/S8接口来说，PMIP是备选协议。它主要负责移动性管理，但同样不包含承载管理功能。所有属于UE连接到某个特定PDN的流量一并进行处理。

（2）IP协议 PMIP直接运行于IP之上，且IP协议可用作标准IP传输协议。

图3-10给出了UE连接到P-GW时的用户平面（UP）协议结构。

图3-10 EPS中的用户平面协议

图3-10中的用户平面包括那些终端用户IP之下的各层，即这些协议形成了用于传送终端用户IP分组的第2层。协议结构与控制平面非常相似。它强调了这样一个事实，即整个系统设计用于通用分组数据传输，控制平面（CP）信令和用户平面（CP）数据最终都属于分组数据。只是流量规模有所不同。在S5/S8接口中，除了下面两种符合协议栈选择原则的协议之外，大多数协议前面已经介绍过，这两种协议分别是：

（1）GPRS隧道协议-用户平面（GTP-U） 当S5/S8接口采用的协议是GTP时，通常会用到GTP-U。GTP-U可形成GTP-U隧道，该隧道用于传送属于某个EPS承载的终端用户IP分组。GTP-U用在S1-U接口中，如果控制平面采用GTP-C，则它也可用在S5/S8接口中。

（2）通用路由封装（GRE） 当S5/S8接口采用的协议是PMIP时，通常会用到GRE。GRE可形成IPinIP隧道，来传送属于某个UE与特定PDN连接的所有数据。GRE可直接运行于IP之上，而不使用UDP。

图3-11给出了X2接口协议结构，它与S1接口类似。只是控制平面（CP）应用协议有所不同。X2接口通常用于eNodeB的移动性管理，X2应用协议（X2 Application Protocol，X2AP）包括用于切换准备以及相邻eNodeB之间关系全面维护的功能实体。当无线接口在源端已经断开且在目标端没有连接时，X2接口中的用户平面（UP）可用于在切换期间以过渡状态完成数据转发。数据转发主要适用于下行链路（Downlink，DL）数据，因为上行链路（Uplink，UL）数据已经被UE有效截留。

图3-11 X2接口的控制平面和用户平面协议栈

表3-1归纳了系统基本架构配置中的协议和接口。

表3-1 系统基本架构配置中的接口和协议