一、前言

本文介紹LTE的網絡架構，包括LTE網絡的構成，每一個網絡實體的作用。由于LTE是從3G演進而來，因此也會提到與3G的對比和變化。

1、3G網絡架構

3G UMTS協議中，組網架構為4層：終端（UE），基站（NodeB），無線網絡控制器（RNC），核心網（CN）。RNC位置的網元在2G中稱為基站控制器（BSC），RNC直接由Iur接口，不僅僅是基站控制器，還是無線接入網絡的控制器。UMTS 4層網絡架構如圖所示：

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二、LTE網絡架構

LTG和3G相比，去掉了RNC，減少了一層，減少了基站與核心網之間信息交互的多節點開銷，更加扁平化。如圖所示：

扁平化帶來的好處是：

• 節點數量減小，用戶面時延大大縮短
• 簡化了控制平面從睡眠狀態到激活狀態的過程，減少了狀態遷移的時間
• 降低系統復雜性，減少了接口類型，系統內部相應的交互操作也隨之減少

LTE的網絡模型如圖所示：

? ? ?? LTE網絡構架被分為四個部分，UE、E-UTRAN、EPC和PDN，即終端、接入網、核心網和公網。UE是我們的手機或CPE，E-UTRAN是遍布城市的各個基站（可以是大的鐵塔基站，也可以是室內懸掛的只有路由器大小的小基站），EPC是運營商（中國移動/中國聯通/中國電信）的核心網服務器，核心網包括很多服務器，有處理信令的、數據的、計費策略的等等，PDN即公網，如各個網站、游戲、視頻的服務器。?
????? UE到eNB這一段是無線的，我們稱這一段網絡叫空中接入網；eNB之間、eNB和EPC之間都是LTE的內部網絡，使用光纖相連接；EPC和PDN這一段叫地面網，使用光纖相連接，是LTE與公網的出入口。啥叫地面網？光纖不都是埋地下嗎？

PS：

• NAS，非接入層信令，是UE和核心網EPC之間使用的信令，雖然途徑接入網eUTRAN，但基站不作分析；
• AS?? ，接入層信令，是UE和接入網eUTRAN使用的信令，由基站來處理，核心網看不到。

下圖標注了信令流和數據流的走向。

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1、UE

全稱是User Equipment，用戶設備，就是指用戶的手機，或者是其他可以利用LTE上網的設備如CPE。

2、E-UTRAN

?? Evolved UMTS Terrestrial Radio Access Network，演進的通用陸地無線接入網絡。LTE的接入網由多個eNB組成，eNB之間通過光纖相連，叫做X2接口。

2.1、eNB

? ? ?? eNodeB的簡寫，LTE的基站，3G的基站叫NodeB。基站為用戶提供空中接口（air interface），用戶設備通過無線連接到eNB，然后基站再通過光纖連接到運營商的核心網。

?????? 3G的無線接入網UTRAN由NodeB和RNC兩種網元組成，NodeB完成射頻處理和基帶處理，RNC主要負責控制和協調基站間配合工作，完成系統接入控制、承載控制、移動性管理、無線資源管理等控制功能。eUTRAN去掉RNC網元后，其底層功能分給了eNodeB，高層功能分給了核心網的AGW（接入網關，包括服務網關SGW和分組數據PDN網關PGW）。eNodeB的功能主要是由3G階段的NodeB、RNC、SGSN、GGSN四個網元的部分功能演化而來。

eNodeB除了上述功能，還包括與LTE核心網（EPC）進行信息交互的功能，如為UE選擇移動性管理實體，選擇用戶面數據的服務網關的路由等。

3、EPC

Evolved Packet Core，演進分組核心網。EPC主要由MME（移動性管理實體），SGW（服務網關）和PGW（分組數據網關）組成。多個EPC的集合稱為EPS。EPC和eUTRAN間的接口是S1，由于用戶面和控制面的分離，S1接口也可分為用戶面接口S1-U和控制面接口S1-MME。

3G到LTE，核心網的演進表現在：

• 取消了CS域，CS域業務承載在PS域，實現了核心網的IP化。語音業務（Voice）在以往無線制式中由CS域承載，在LTE中則完全由PS域承載，即所謂的VoIP（Voice over IP）。
• 全網IP化，各網元節點之間的接口也都使用IP傳輸。LTE全網IP化的關鍵支撐就是端到端的QoS保障機制。
• LTE/SAE在核心網演進中實現了用戶面和控制面的分離，即用戶面和控制面功能分別由不同的網元實體完成。可降低系統時延，提升核心網處理效率。

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3.1、MME

Mobility Management Entity，核心網控制面網元，負責用戶和會話管理，MME主要功能有：

• 接入控制；
• 移動性管理；
• 會話管理；
• PDN GW 和Serving GW 選擇；
• 安全認證。

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3.2、HSS

Home Subscriber Server，歸屬用戶服務器，它是核心網中的一個數據庫服務器，里面存放著所有屬于該核心網的用戶的數據信息（即在這開戶的卡信息）。當用戶連接到MME的時候，用戶提交的資料會和HSS數據服務器中的資料進行比對來進行鑒權。

• 用戶注冊；
• 終端位置更新；
• 移動性管理；

我們的sim卡都有一個開戶所在地，你的sim卡的注冊鑒權信息都是存在開戶所在地的HSS服務器里面。漫游時注冊、做業務的區別主要在訪問HSS這一塊。如下圖對比漫游和非漫游，先是非漫游時：

然后是漫游時：

3.3、S-GW

Serving Gateway ，用戶面接入服務網關，相當于傳統SGSN的用戶面功能：

• 會話管理；
• 路由選擇和數據轉發；
• Qos控制；
• 計費；

可以看到，服務能不能做，優先級怎樣，都是SGW說了算。

3.4、P-GW

?PDN Gateway，分組數據網關。是運營商網絡和互聯網的網關，功能類似傳統中的GGSN，主要功能包括分組包深度檢查、

• IP地址分配；
• 會話管理；
• 路由選擇和數據轉發；
• PCRF的選擇；
• Qos控制；
• 非3GPP接入；
• 基于業務的計費。

可見設計PGW有兩大目的：非3GPP網絡（如1X、GSM、CDMA、VoWIFI）接入LTE核心網；LTE核心網數據和互聯網的網關。

3.5、PCRF

Policy and Charging Rules Function，策略與計費規則服務器，根據用戶套餐和業務需求提供數據業務資源管控。

• 配置PCC計費規則；
• 執行服務數據流優先級排隊沖突解決處理；
• 支持控制信令的IP sec安全性保護；
• 向PCEF提供初始默認計費方法；
• 激活、去激活、修改PCC規則；
• 策略控制功能；

3.6、SPR

Subscriber Profile Repository的縮寫，用戶檔案庫。這個實體為PCRF提供用戶的信息，然后PCRF根據其提供的信息來指定相應的規則。

3.7、OCS

Online Charging System ，在線計費系統，應該是個用戶使用服務的計費的系統。

3.8、OFCS

Offline Charging System ，離線計費系統，對計費的記錄進行保存。

4、PDN

Public Data Network，公用數據網絡，即互聯網。

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三、EPC和eNodeB功能劃分

MME主要功能有尋呼、切換、漫游、鑒權，對NAS（非接入層）信令的加密和完整性保護，對AS（接入層）安全性控制、空閑狀態移動性控制等。NAS信令是UE和核心網EPC直接聯系使用的，接入網eUTRAN（即接入層）不作分析也不直接使用（所以叫非接入層信令）；而AS信令是接入網eUTRAN分析并使用的信令。

SGW（服務網關）是EPC和eUTRAN的一個邊界網關，不和其他系統網關如GGSN、PDG直接相連，主要功能是LTE系統內的分組數據路由及轉發、合法監聽、計費。

PGW（PDN網關）是和運營商外部或內部的分組網絡連接的網關，功能類似UMTS或EDGE中的GGSN，是所有3GPP系統或者非3GPP系統非組網絡的統一出口。主要功能包括分組包深度檢查、分組數據過濾及篩選、轉發、路由選擇等。還負責UE的IP地址分配，速率限制、上下行業務級計費等功能。設計PDN網關的目的是為了方便引入LTE系統以外的分組網絡，使得多系統引入LTE的接口數目最小化，EPS和外界的接口功能簡單化、清晰化，從而使LTE/SAE的核心網真正成為一個多制式融合的平臺。

打個比方：MME是負責流動人口管理的公安部門，SGW是一個負責人員和物資中轉地快遞公司，PGW則是對人員和物資進行出入境檢查的口岸。

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四、LTE和2G、3G網絡的融合

?????? LTE核心網支持多網融合，支持包括LTE在內的多種無線接入技術，不僅要支持UMTS網絡接入，還支持非3GPP制式的網絡接入，如GSM、CDMA、WLAN、WiMAX等網絡，實現了不同無線制式在EPC平臺上的大融合。EPC和各種無線制式中都設計有標準接口，方便業務使用時在不同制式的無線系統中無縫切換，3G和2G網絡分別通過Iu和Gb接口接入SGSN，然后分別使用S3和S4接口接入LTE核心網的SGW和PGW，如圖所示：

• LTE的接入網稱為E-UTRAN（Evolved UMTS Terrestrial Radio Access Network）
• WCDMA/TD-SCDMA的無線接入網稱為UTRAN（UMTS Terrestrial Radio Access Network）
• GSM和EDGE的無線接入網稱為GERAN（GSM EDE Radio Access Network）
• CDMA的無線接入網稱為1xRTT（CDMA 1x Radio Transmission Technology）
• CDMA2000的無線接入網稱為HRPD（CDMA2000 High Rate Packet Data)

總結

以上是生活随笔為你收集整理的LTE网络架构的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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