【原】4G(LTE)网络传输和协议

一、网络传输协议在4G网络中不同设备网元接口之间通过IETF标准的传输协议相互连接；如图1所示，每个接口都通过底层传输网络进行路由使用OSI模型中层一到层四的协议栈。在堆栈底部传输网可分为层一和层二，使用合适的协议(如以太网)；其通常由另一个协议支持"多协议标签交换(MPLS)协议"。                              图1.网络传输协议结构

1.1 IPv4与IPv6通信网络中每个网元都与一个IP地址相关联，而传输网络使用互联网协议(IP)将信息从一个网元路由到另一个网元；4G(LTE)网络支持IPv4和IPv6，其中4G核心网中IPv4是强制性的，建议支持IPv6；而无线接入网络可以使用两种中的一种或两种。

1.2 传输层协议在IP之上每个单独网元对之间的接口都有一个传输层协议；使用的三种传输协议分别为：

• 用户数据报协议(UDP)只是将数据包从一个网元发送到另一个网元；

• 传输控制协议(TCP)会在数据包错误到达时重新传输数据包；

• 流控制传输协议(SCTP)基于TCP，但包含使其成为可能的额外功能更适合传递信令消息。

用户面总是使用UDP作为它的传输协议，以避免延迟数据。控制平面的选择取决于覆盖信令协议所示方式。

二、用户面协议LTE中用户面是在终端(UE)和终端(UE)之间正确转发数据的PDN网关机制,以响应手机位置快速变化；该机制由图所示的用户面协议实现。大多数用户面接口使用称为GPRS隧道协议用户部分(GTP-U)的3GPP协议。LTE使用协议的版本为GTPv1-U。2G(GSM)网络使用的版本为GTPv0-U。基于通用标准的IETF协议路由封装规定，在服务网关和PDN网关之间通过S5/S8完成。

                   图2.4G(LTE)网络中用户面接口和传输协议

GTP-U和GRE使用同一种技术将数据包从一个网元转发到另一个网元，这两个协议以略有不同的方式实现隧道传输。

三、信令协议4G(LTE)网络中使用了大量信令协议(如图3所示)在空中接口上基站通过无线资源控制(RRC)协议消息控制移动终端(UE)。在无线接入过程中MME控制其区域内的基站使用S1-AP(S1应用协议)；而两个基站可使用X2-AP(X2应用协议)进行通信。同时MME使用两个RRC和NAS协议控制移动台的行为；这些协议负责:

• EPS会话管理(ESM)控制移动设备(UE)与外界进行数据流的交互;

• EPS移动管理(EMM)处理网络中终端设备(UE)的会话管理。

网络通过将EMM和ESM消息嵌入低层来传输，它们分别使用RRC和S1-AP消息，通过Uu和S1接口进行传输。

图3.4G网络中的接口协议和规范

在4G核心网(EPC)内部HSS和MME使用基于Diameter协议进行通信，负责用户身份验证、鉴权和授权，它基于远程身份验证拨入的旧协议用户服务(RADIUS)。Diameter在S6a接口上的实现就是这样一种应用。

大多数其他EPC接口使用GPRS隧道协议中的协议控制部分(GTP-C),该协议包括点对点通信的程序在EPC的不同元素之间，以及管理GTP-U隧道。LTE使用GTPv2-C版本；2G和3G分组交换域使用GTPv1-C版本。如果S5/S8用户面使用GRE，则它的控制面使用称为代理移动IP版本6(PMIPv6)。PMIPv6是用于管理数据包转发的标准IETF协议，支持笔记本电脑等移动设备。