2.2 网元功能与接口

2.2.1 网元功能

E-UTRAN和EPC之间的功能划分随着系统网络架构也发生了变化，以适应新的EPS架构，各网元的功能划分如图2-3所示。本节将主要介绍eNodeB、MME、S-GW和P-GW的功能。eNodeB的主要功能参考3GPP TS 36.300，MME、S-GW和P-GW更加详细的功能参考3GPP TS 23.401。

1.eNodeB功能

eNodeB在UMTS系统NodeB原有功能的基础上增加了RNC的物理层、MAC层、RRC层，以及调度、接入控制、承载控制、移动性管理和小区间无线资源管理等功能，即eNodeB实现了接入网的全部功能，具体包括以下几个方面。

（1）无线资源管理，包括无线承载控制，无线接入控制，连接移动性控制，UE的上下行动态资源分配和调度。

（2）IP头压缩和用户数据流加密。

（3）UE附着时的MME选择。

（4）用户面数据向S-GW的路由。

（5）执行由MME发起的寻呼消息和广播消息的调度和发送。

（6）完成有关移动性配置和调度的测量和测量报告。

（7）基于UE的QoS签约信息进行上下行的承载级别的速率调度、调整和准许控制。

2.MME功能

MME是处理UE与核心网络间信令交互的控制面实体，EPC通过MME实现对用户接入、鉴权、漫游和数据承载、路径的管理和控制，MME只处理控制消息和信令，MME的主要功能有以下几个方面。

（1）寻呼消息分发，MME负责将寻呼消息按照一定的原则分发到相关的eNodeB。

（2）空闲态的移动性管理。

（3）非接入层（NSA）信令的加密及完整性保护。

（4）3GPP不同接入网的核心网节点间的移动性信令交互。

（5）跟踪区列表管理。

（6）P-GW与S-GW选择。

（7）向2G/3G网络切换时的SGSN选择。

（8）漫游。

（9）鉴权。

（10）承载管理功能，包括专用承载建立。

（11）信令业务的合法监听。

（12）接入层控制，包括安全控制和接入许可控制。

3.S-GW功能

S-GW（Serving Gateway，服务网关）终结和E-UTRAN的接口，是用户面实体。在一个时间点上，与EPS相连的UE只能与一个S-GW相连。S-GW的具体功能如下。

（1）支持3GPP不同接入技术的切换，发生切换时作为用户面的锚点。

（2）终止由于寻呼原因产生的用户平面数据包。

（3）支持由于UE移动性产生的用户面切换。

（4）合法监听。

（5）分组数据的路由与转发。

（6）传输层分组数据的标记。

（7）计费功能，计费信息的采集和计费数据的上报。

4.P-GW功能

P-GW（PDN Gateway，PDN网关）为用户提供PDN连接，终结和外部数据网络的接口，是用户面实体。P-GW是EPS的锚点，即是3GPP与Non-3GPP网络间的用户面数据链路的锚点，具体功能如下。

（1）QoS控制。

（2）基于用户的包过滤。

（3）合法监听。

（4）IP地址分配。

（5）上下行传输层数据包标示。

（6）E-UTRAN空闲模式下行分组缓存和网络出发的业务请求过程的初始化。

（7）计费功能。

2.2.2 系统接口

LTE系统的主要接口有LTE-Uu、X2、S1接口，每个接口的位置如图2-1所示，下面分别介绍每个接口的功能和协议栈。

1.LTE-Uu接口

LTE-Uu空中接口是指终端与接入网之间的接口，通常也称为无线接口。在LTE网络中，空中接口是指终端和eNodeB之间的接口，是一个完全开放的接口，只要遵守接口规范，不同制造商生产的设备就能够互相通信。空中接口协议主要是用来建立、重配置和释放各种无线承载业务的。其详细的描述可参考3GPP TS 36.2xx和TS 36.3xx。

空中接口协议栈主要分为三层两面：三层是指物理层、数据链路层、网络层；两面是指控制平面和用户平面。从用户平面看，主要包括物理层、MAC层、RLC层和PDCP层。从控制平面看，除了以上几层外，还包括RRC 层和NAS层。RRC 协议实体位于UE和eNodeB网络实体内，主要负责对接入层的控制和管理。NAS控制协议位于UE和移动管理实体MME内，主要负责对非接入层的控制和管理。空中接口用户面和控制面的协议栈结构分别如图2-4和图2-5所示。

2.X2接口

X2接口是e-NodeB之间的互连接口，支持数据和信令的直接传输。e-NodeB之间通过X2接口互相连接，形成了网状网络。X2分为两个接口，X2-C用于控制平面，X2-U用于用户平面。X2接口主要用于支持激活模式的手机移动，转发分组数据，也可以用于多小区的无线资源管理功能。X2接口的协议栈结构如图2-6与图2-7所示，详细的说明参考3GPP TS 36.42X。

X2接口是E-UTRAN中两个eNodeB之间的逻辑接口，支持两个eNodeB之间的信令交互和PDU前转。X2接口是开放接口，主要提供以下功能。

（1）对ECM-Connected状态下的UE提供LTE接入系统内的移动性支持，包括从源eNodeB传送UE上下文至目标eNodeB，控制源eNodeB和目标eNodeB之间用户平面的传输承载、切换取消和源eNodeB中的UE上下文释放等。

（2）负载管理。

（3）小区间干扰协调，上行干扰负载管理。

（4）X2接口管理和错误处理功能，如错误指示和复位。

（5）eNodeB之间应用层数据交换。

（6）跟踪功能。

3.S1接口

S1接口是eNodeB与EPC之间的接口。S1接口沿袭了承载和控制分离的思想，也分成两个接口，即控制平面的S1-MME接口和用户平面的S1-U接口。S1-MME主要完成S1接口的无线接入承载控制、接口专用的操作维护等功能。S1-U用于传送用户数据和相应的用户平面控制帧，详细的接口原理、信令和协议等参考 3GPP TS 36.41X。

（1）S1-MME接口

S1-MME接口是E-NodeB和MME之间的接口，网络层基于IP，为了可靠的信令消息传输，IP层之上的传输层使用SCTP；应用层的信令协议为S1-AP。S1接口控制面协议栈如图2-8所示，主要功能如下。

E-RAB的建立、修改和释放等管理功能。

ECM-CONNECTED状态下UE的移动性管理功能（包括 Intra-LTE切换和Inter-3GPP-RAT切换）。

S1接口的寻呼。

NAS信令和LPPa信令传输功能。

S1接口管理功能（包括复位、错误指示以及过载指示等）。

初始上下文建立和UE上下文修改。

MME负荷均衡。

网络共享功能。

漫游与接入限制支持功能。

NAS节点选择功能。

位置区报告功能。

跟踪功能。

UE无线能力匹配。

（2）S1-U接口

S1-U接口位于E-NodeB和S-GW之间，提供eNodeB和S-GW之间用户面PDUs的不可靠传输，采用GTP-U协议。S1接口用户平面（S1-U）的协议栈如图2-9所示，主要功能有以下几点。

在S1接口目标节点中指示数据分组所属的SAE接入承载。

移动过程中尽量减少数据的丢失。

错误处理机制。

MBMS支持功能。

分组丢失检测机制。