3GPP LTE/SAE网络体系结构和标准化进展

　　E-UTRAN结构中，eNodeB是在NodeB原有功能基础上，增加了RNC的物理层、MAC层、RRC、调度、接入控制、承载控制、移动性管理和相邻小区无线资源管理等功能，提供相当于原来的RLC/MAC/PHY以及RRC层的功能。具体包括：UE附着时的AGW选择，调度和传输寻呼信息，调度和传输BCCH信息，上下行资源动态分配，RB控制、无线资源准入控制，LTE_ACTIVE时的移动性管理。

　　AGW承担的功能则包括：发起寻呼，LTE_IDLE态UE信息管理，移动性管理，用户面加密处理，PDCP（分组数据的包头压缩），SAE承载控制，NAS信令的加密和完整性保护。

　　E-UTRAN的协议栈结构从整体上主要进行了以下简化：

　　（1）使用共享信道用于承载用户的控制信令和业，取代了R6中的专用信道，减少传输信道个数，使多个用户共享空中接口的资源；

　　（2）减少MAC层实体个数；

　　（3）使用MBMS代替BMC层广播媒体控制层以及CTCH公共业务信道；

　　（4）删除下行宏分集；

　　（5）使用时隙统筹（Scheduling gap）方案替代UTRAN的压缩模式。

　　（6）简化无线资源控制（RRC）状态，删除了CELL_FACH态，将UTMS中的RRC状态和PMM状态合并为一个状态集；

　　下面我们按照各平面组成，对各功能体的作用进行详细介绍。

　　2.3.1　用户平面

　　用户平面用于执行无线接入承载业务，主要负责用户发送和接收得所有信息的处理。由MAC，RLC，PDCP 3个子层构成。LTE采用AGW和eNodeB直联的方式以实现用户面的快速接入。这种接入方式下，各功能体的功能也有了变化。其中MAC层主要用于，逻辑信道和传输信道的映射，复用和解复用；数据量测量；HARQ功能；UE内的优先级调度和UE间的优先级调度；TF（传输格式）选择；　RLC PDU（协议数据单元）的按序提交。RLC层功能主要是支持AM（确认模式）、UM（非确认模式）、TM（透明模式）数据传输；ARQ；数据切分（重切分）和重组（级联）；SDU的按序投递；数据的重复检测；协议错误检测和恢复；AGW和eNodeB间的流量控制；SDU（业务数据单元）丢弃。PDCP（分组数据的包头压缩层）位于UPE，主要任务是头压缩，只支持ROHC算法；用户面数据加密；下层RLC按序投递时，PDCP分组数据的包头压缩的重排缓冲（主要用于跨eNodeB切换）。

　　2.3.2　控制平面

　　控制平面负责用户无线资源的管理，无线连接的建立，业务的QoS保证和最终的资源释放，主要有上层的RRC层和非接入子层（NAS）实现。这种结构简化了控制平面从睡眠状态到激活状态的过程，使得迁移时间相应减少。其中NAS功能是SAE承载管理；鉴权；AGW和UE间信令加密控制；用户面信令加密控制；移动性管理；LTE_IDLE时的寻呼发起。NAS层主要包括3个协议状态：

　　（1）LTE_DETACHED：网络和UE侧都没有RRC实体，此时UE通常处于关机、去附着等状态。

　　（2）LTE_IDLE：对应RRC的IDLE状态，UE和网络侧存储的信息包括：给UE分配的IP地址，安全相关的参数（密钥等），UE的能力信息，无线承载。此时UE的状态转移由基站或AGW决定。

　　（3）LTE_ACTIVE：对应RRC连接状态，状态转移由基站或AGW决定。

　　至于RRC层则主要用于系统消息广播和寻呼建立、管理、释放RRC连接；RRC信令的加密和完整性保护；RB管理；广播/多播服务支持；NAS直传信令传递。控制面RRC功能移入E-Node B中并且只包含RRC_IDLE和RRC_DETACHED两种状态：

　　（1）RRC_IDLE状态下，eNodeB不存储UE上下文，对应LTE_IDLE；

　　（2）RRC_CONNECTED状态下，eNodeB有UE上下文，网络侧知道UE的Cell级位置，可进行信令传输，对应LTE_ACTIVE。

3、3GPP SAE标准化进展及现状

　　除了对无线接入网演进的研究，3GPP目前也开始进行系统架构方面的演进工作，并将其定义为SAE。SAE的工作目标与LTE一致：一是性能提高：减少时延，提供更高的用户数据速率，提高系统容量和覆盖率，减少运营成本；二是可以实现一个基于IP网络的现有或者新的接入技术的移动性的灵活配置和实施；三是优化IP传输网络，实现预定增长从根本上说，就是在未来10年或者更长一段时间确保3GPP系统的竞争力。

　　3GPP对SAE这一阶段的工作也制定了详细的计划表。预计到2007年底/2008年初完成大部分的规范，2009年开始部署计划。

　　3.1　简化的SAE架构

　　目前，一些发起并参与LTE/SAE标准制定和技术研究工作的3GPP成员，已超过30多家，正在积极研究和开发符合3G LTE/SAE技术标准的系统和设备，目标是在保证技术和系统性能领先的同时，最大程度地利用并兼容现有的系统平台，保持系统的平滑演进，以提供最优的无线通信解决方案，并且在2006年9月3GPP给出了Packet Core简化的SAE架构，鉴于整个架构接口还在定义中，我们这里只对几个关键实体进行介绍。

　　MME（Mobility Management Entity）功能体主要处理移动性管理，包括：存储UE控制面上下文，包括UEID、状态、跟踪区（treaking area，TA）等；移动性管理；鉴权和密钥管理；信令的加密、完整性保护；管理和分配用户临时ID。

　　UPE（User Plane Entity）功能体负责用户面处理，包括：数据的路由和转发；用户面加密终结点；头压缩；存储UE用户面上下文，包括基本IP承载信息、路由信息等；eNodeB间切换（3GPP AS间切换）用户面支持；LTE_IDLE时下行数据触发/发起寻呼。

　　IASA（Inter-Access System Anchor）功能体处理系统间用户面支持：处理不同接入系统间的用户面切换；数据的路由和转发；计费数据收集；到PDN的网关功能；部分功能可能和UPE合作。

　　3.2　下一步要讨论和研究的重点

　　目前在以下几个方面正在展开讨论和研究实现工作：

　　一是MME-UPE合并还是独立，尽管目前的草案中还是将其分开，但是也已经有建议，将其进一步合并来简化系统；

　　二是演进系统移动性的实现。如何在现有和新的频段上使用新的演进接入系统所带来的影响，同时演进后的不同系统间移动性问题的解决，例如手机开机后的搜索和连接过程；漫游中接口的确认，对于不同的接入系统的无缝覆盖问题。这些都需要增加对非3GPP接入系统的支持。

　　三是策略控制和计费（Policy Control and Charging）：由于承载网采用了分组技术，特别是IP技术，使服务质量方面的问题尤其突出。基本目标是QoS控制机制的实现，暂时不考虑具体接入技术和承载技术。在最新的3GPP R7草案中，把R6版中的策略控制功能（PDF）和基于流的计费功能（FBC）合并，在业务控制层和接入/承载层之间增加资源接纳控制相关的功能实体称为--PCC（Policy Control and Charging，策略控制和计费），完成资源接纳控制功能，实现对接入/承载相关节点的功能和资源进行一定程度上的控制。这样做主要针对移动接入网的特性，主要提供的功能有：基于用户的定制信息实现策略控制、基于业务数据流的计费控制。目前PCC支持Pull方式，借助于Diffserv技术实现业务。同时接口的融合不仅提高通信效率，降低业务建立时延，还可以保证控制的一致性。