4G网络架构、网元接口、网元功能介绍-编程知识

一、4G架构

1、非漫游架构

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3GPP接入的非漫游结构

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3GPP接入的非漫游体系结构。单网关配置选项
同样在该配置选项中，S5可以在非并置的服务网关和PDN网关之间使用。

2、漫游架构

在这里插入图片描述
用于3GPP接入的漫游架构
2G/3G接入的附加接口/参考点

二、4G网元接口介绍

S1-MME：E-UTRAN和MME之间的控制面协议。

S1-U：E-UTRAN和服务GW之间的参口，用于切换期间的每承载用户平面隧道传输和eNodeB间路径切换。

S3：它允许在空闲和/或活动状态下进行3GPP接入网间移动性的用户和承载信息交换。

S4：提供GPRS Core与Serving GW的3GPP Anchor功能之间的相关控制和移动性支持。此外，如果没有建立Direct Tunnel，则提供用户平面隧道。

S5：它提供Serving GW和PDN GW之间的用户平面隧道和隧道管理。它用于由于UE移动性以及如果Serving GW需要连接到非并置的PDN GW以实现所需的PDN连接而进行的Serving GW重定位。

S6a：它允许在MME和HSS之间传输用于认证/授权用户接入演进系统（AAA接口）的订阅和认证数据。

Gx：它提供从PCRF到PDN GW中的策略和计费执行功能（PCEF）的（QoS）策略和计费规则的传输。

S8、提供VPLMN中的Serving GW和HPLMN中的PDN GW之间的用户和控制平面的PLMN间参考点。S8是S5的PLMN间变体。

S9：它提供归属PCRF和受访PCRF之间的QoS策略和计费控制信息的传输，以支持本地疏导功能。

S10、MME重定位与MME到MME信息传输的接口。

S11、MME与Serving GW之间的接口。

S12：当建立直接隧道时，UTRAN和服务GW之间用于用户平面隧道的参考点。它基于Iu-u/Gn-u参考点，使用如在SGSN和UTRAN之间或分别在SGSN与GGSN之间定义的GTP-u协议。S12的使用是操作员配置选项。

S13、启用MME与EIR之间的UE身份校验过程。

SGi：它是PDN GW和分组数据网络之间的参考点。分组数据网络可以是运营商外部公共或专用分组数据网络或运营商内部分组数据网络，例如用于提供IMS服务。该参考点对应于用于3GPP接入的Gi。

Rx:Rx参考点位于TS 23.203[6]中的AF和PCRF之间。

SBc：CBC和MME之间用于警告消息传递和控制功能的参考点。

当数据转发被用作移动过程的一部分时，可以基于网络配置使用不同的用户平面路由（例如，直接或间接数据转发）。这些路由可以在eNodeB和RNC之间、eNodeB与SGSN之间、RNC与S GW之间或S GW与SGSN间。没有为这些管线定义显式参考点。

协议：

-S1-U基于GTP-U协议；
-S3基于GTP协议；
-S4基于GTP协议；
-S5基于GTP协议。在TS 23.402[2]中描述了S5的PMIP变体；
-S8基于GTP协议。在TS 23.402[2]中描述了S8的PMIP变体。
-S3、S4、S5、S8、S10和S11接口设计用于管理第4.7.2条中定义的EPS承载。
注：应考虑参考接口S5和S8上的冗余支持。

三、网元介绍

1、E-UTRAN

   在TS 36.300[5]中更详细地描述了E-UTRAN。除了TS 36.300[5]中描述的E-UTRAN功能之外，E-UTRAN的功能还包括：

-报头压缩和用户平面加密；
-当不能根据UE提供的信息确定到MME的路由时的MME选择；
-基于UE-AMBR和通过上行链路调度的MBR的UL承载级速率实施（例如，通过随着时间的推移限制每个UE授予的UL资源的量）；
-基于UE-AMBR的DL承载级速率实施；
-UL和DL承载级准入控制；
-基于相关联的EPS承载的QCI，在上行链路中进行传输级分组标记，例如设置DiffServ码点。

2、MME

MME功能包括：
-NAS信令；
-NAS信令安全；
-用于3GPP接入网络之间的移动性的CN间节点信令（终止S3）；
-ECM-IDLE状态下的UE可达性（包括寻呼重传的控制和执行）；
-跟踪区域列表管理；
-PDN GW和服务GW选择；
-MME切换的MME选择；
-用于切换到2G或3G 3GPP接入网络的SGSN选择；
-漫游（S6a朝向归属HSS）；
-身份验证；
-授权；
-承载管理功能，包括专用承载建立；
-合法拦截信号业务；
-警告消息传递功能（包括选择适当的eNB）；
-UE可达性过程。
注：Serving GW和MME可以在一个物理节点或分离的物理节点中实现。

3、网关

服务GW（S-GW）；
-PDN-GW（P-GW）。
注：PDN GW和Serving GW可以在一个物理节点或分离的物理节点中实现。

1）服务GW
服务GW是终止向E-UTRAN的接口的网关。
对于与EPS相关联的每个UE，在给定的时间点，存在单个服务GW。
对于基于GTP和基于PMIP的S5/S8，服务GW的功能包括：
-用于eNodeB间切换的本地移动性锚点；
-在eNodeB间和RAT间切换期间切换路径之后立即向源eNodeB、源SGSN或源RNC发送一个或多个“结束标记”，特别是为了辅助eNodeB中的重新排序功能。
-3GPP间移动性的移动性锚定（终止S4并在2G/3G系统和PDN GW之间中继业务）；
-ECM-IDLE模式下行数据包缓冲和发起网络触发的业务请求过程；
-合法拦截；
-数据包路由和转发；
-基于相关联的EPS承载的QCI，在上行链路和下行链路中进行传输级分组标记，例如设置DiffServ码点；
-计入运营商间收费。对于基于GTP的S5/S8，服务GW生成每个UE和承载的计费数据；
-根据充电原理并通过TS 32.240[51]中规定的参考点连接OFCS。
TS 23.402[2]中捕获了用于基于PMIP的S5/S8的附加服务GW功能。
不支持到GGSN的连接。

2）PDN-GW
PDN GW是终止朝向PDN的SGi接口的网关。
如果UE正在访问多个PDN，则该UE可能有一个以上的PDN GW，然而，该UE不同时支持S5/S8连接和Gn/Gp连接的混合。
PDN GW功能包括基于GTP和基于PMIP的S5/S8：
-基于每用户的分组过滤（例如通过深度分组检查）；
-合法拦截；
-UE IP地址分配；
-基于相关联的EPS承载的QCI，在上行链路和下行链路中进行传输级分组标记，例如设置DiffServ码点；
-核算运营商间收费；
-TS 23.203[6]中定义的UL和DL服务级别收费
（例如，基于PCRF定义的SDF，或者基于本地策略定义的深度分组检查）；
-根据充电原理并通过TS 32.240[51]中规定的参考点连接OFCS。
-TS 23.203[6]中定义的UL和DL服务级别选通控制；
-TS 23.203[6]中定义的UL和DL服务级别速率实施（例如，通过每个SDF的费率监管/成型）；
-基于APN-AMBR的UL和DL速率实施（例如，通过与非GBR QCI相关联的相同APN的所有SDF的业务的每聚合的速率监管/整形）；
-基于具有相同GBR QCI的SDF集合的累积MBR的DL速率实施（例如，通过费率监管/调整）；
-DHCPv4（服务器和客户端）和DHCPv6（客户端和服务器）功能；
-在此版本的规范中，网络不支持PPP承载类型。GGSN的预发布8 PPP功能可以在PDN GW中实现；
-数据包屏蔽。
此外，PDN GW包括用于基于GTP的S5/S8的以下功能：
-如TS 23.203[6]中所定义的UL和DL承载绑定；
-TS 23.203[6]中定义的UL承载绑定验证；
-定义的功能

4、PCRF

PCRF是策略和计费控制背单元。在TS 23.203[6]中更详细地描述了PCRF功能。
在非漫游场景中，在HPLMN中仅存在与一个UE的IP-CAN会话相关联的单个PCRF。PCRF终止Rx接口和Gx接口。
在具有本地业务疏导的漫游场景中，可能存在与一个UE的IP-CAN会话相关联的两个PCRF：
-H-PCRF，所述H-PCRF驻留在所述H-PLMN内；
-驻留在V-PLMN内的V-PCRF。

本地PCRF（H-PCRF）
H-PCRF的功能包括：
-终止用于家庭网络服务的Rx参考点；
-终止用于与本地疏导一起漫游的S9参考点；
-将在多个参考点（S9，Rx）上建立的会话关联用于同一UE的IP-CAN会话（PCC会话绑定）。
在TS 23.203[6]中描述了H-PCRF的功能。

访问PCRF（V-PCRF）
V-PCRF的功能包括：
-终止Gx和S9参考点，用于与本地疏导一起漫游；
-终止Rx，用于与本地疏导和被访问的运营商的应用功能进行漫游。
在TS 23.203[6]中描述了V-PCRF的功能。

5、SGSN

除了TS 23.060[7]中描述的功能之外，SGSN功能还包括：
-用于2G/3G和E-UTRAN 3GPP接入网络之间的移动性的EPC节点间信令；
-PDN和Serving GW的选择：SGSN对S GW/P GW的选择是为MME指定的；
-用于切换到E-UTRAN 3GPP接入网络的MME选择。