5G无线接入网和接口协议.docx

纳什均衡5G无线接入网和接口协议1、5G无线接入网整体架构和节点1、基本架构和节点功能5G RAN是5G的无线接入网，简称NG-RAN ,全称New RadioAccess Technology in 3GPP ,是5G系统的重要组成部分相对于4G RAN ,它发生了巨大变化，如图4・1所示图4-1 5G RAN结构NG-RAN 由一组通过 NG 接口连接至ij 5GC(The 5fifth-GenerationCore , 5G核心网）的gNB（5G基站）组成gNB可以支持FDD模式、TDD模式或FDD/TDD双模式gNB可以通过Xn接口互连gNB可以由gNB-CU（Centralized Unit ,集中式单元）和一个或多个 gNB-DU（Distributed Unit ,分布式单元）组成gNB-CU 和gNB-DU通过F1接口连接在工作时，一个gNB-DU仅连接一个gNB-CUXn用户面Xn-U接口在两个NG-RAN节点之间定义,协议栈如图4-7所示传输网络层建立在IP网络层之上，GTP-U用于UDP/IP之上以承载用户面PDUXn-U提供无保证的用户面PDU传送，并支持以下功能：(1) 数据转发功能：允许NG-RAN节点间数据转发从而支持双连接和移动性操作；(2) 流控制功能：允许NG-RAN节点接收第二个节点的用户面数据从而控制数据流向。

2、 Xn-CXn控制面接口(Xn-C)在两个NG-RAN节点之间定义，协议栈如图4-8所示传输网络层建立在IP网络层之上的SCTP上应用层信令协议称为 XnAP(Xn Application Protocol , Xn 应用协议)SCTP 层提供有保证的应用层消息传递在网络IP层中，点对点传输用于传递信令 PDU0User Plane PDUsXn-APGTP-USCTPUDPIPIPData Link LayerPhysical LayerData Link LayerPhysical Layer智4.7 Xn・U协议栈图4.8 X“■艺协谀栈Xn-C接口支持以下功能：(1) 通过Xn-C接口提供可靠的XnAP消息传输；(2) 提供网络和路由功能;(3) 在信令网络中提供冗余;(4) 支持流量控制和拥塞控制；(5) Xn-C接口管理和差错处理功能，包括Xn建立、差错指示、Xn重置、Xn配置数据更新、Xn移除等功能；(6) UE移动管理功能，包括切换准备、切换取消、恢复UE±下文、RAN寻呼、数据转发控制等功能；(7) 双连接功能，激活NG-RAN中辅助节点资源的使用3、F1 接口1 , F1接口概述F1接口定义为NG-RAN内部的gNB的CU和DU功能实体之间互连的接口，或者与E-UTRAN内的en-gNB(经过升级支持5G的4G基站)之间的CU和DU部分的互连接口。

F1接口规范的目的是实现由不同制造商提供的gNB-CU和gNB-DU之间进行互连F1接口规范的一般原则如下：(1) F1接口是开放的；(2) F1接口支持端点之间的信令信息交换，此外接口支持向各个端点的数据传输；(3) 从逻辑角度来看，F1是端点之间的点对点接口，即使在端点之间没有物理直接连接的情况下，点对点逻辑接口也应该是可行的；(4) F1接口支持控制平面和用户平面分离；(5) F1接口分离无线网络层和传输网络层；(6) F1接口可以交换UE相关信息和非UE相关信息2 , F1接口功能1) F1-C接口功能(1) F1接口管理功能：包括差错指示、重置、F1建立(gNB-DU发起F1建立)、配置更新等功能(允许gNB-CU和gNB-DU间应用层配置数据更新，激活/去激活小区)2) 系统信息管理功能：系统广播信息的调度在gNB-DU执行，gNB-DU 根据获得的调度参数传输系统消息；gNB-DU负责NR-MIB(Master Information Block ,主系统信息块)编码,若需要广播 SIB1 (System Information Blocks , 系统信息块)和其他SI(System Information)消息，gNB-DU 负责 SIB1 编码，gNB-CU负责其他SI消息的编码。

3) F1 UE上下文管理功能：支持所需要的UE上下文建立和修改4) RRC消息转发功能：允许gNB-CU与gNB-DU间RRC消息转发,gNB-CU负责使用gNB-DU提供的辅助信息对专用RRC消息编码2) F1-U接口功能(1) 数据转发功能：允许NG-RAN节点间数据转发，从而支持双连接和移动性操作；(2) 流控制功能：允许NG-RAN节点接收第二个节点的用户面数据,从而提供数据流相关的反馈信息4、E1 接口1 , E1接口概述E1接口定义为NG-RAN内部的gNB-CU-CP和gNB-CU-UP之间的点对点接口，它是逻辑接口E1接口规范的一般原则如下：(1) E1接口是开放的；(2) E1接口支持端点之间信令信息的交换；⑶从逻辑角度来看，E1是gNB・CU-CP和gNB・CU-UP之间的点对点接口，即使在端点之间有物理直接连接的情况下，点对点逻辑接口也应该是可行的；(4) E1接口分离无线网络层和传输网络层；(5) E1接口可以交换UE相关信息和非UE相关信息；(6) E1接口是开放性的，可满足不同的新要求，支持新服务和新功能，但E1接口是控制接口，不能用于用户数据转发2 , E1接口功能E1接口提供用于在NG-RAN内互连gNB-CU-CP和gNB-CU-UP ,或用于互连gNB-CU-CP和en-gNB的gNB-CU-UP的功能。

E1接口的主要功能如下：1) 接口管理功能(1) 错误指示功能：由gNB-CU-UP或gNB-CU・CP使用该功能向gNB-CU-CP或gNB-CU-UP指示已发生错误,并可以通过重置节点来解决错误重置节点功能用于在节点设置后和故障事件发生后初始化对等实体该功能可以由gNB-CU-UP和gNB-CU-CP使用2) E1设置功能：允许交换gNB-CU-UP和gNB-CU-CP在E1接口上正确互操作所需的应用级数据E1设置由gNB-CU-UP和gNB-CU-CP发起⑶gNB-CU-UP配置更新和gNB-CU-CP配置更新功能：允许更新gNB-CU-CP和gNB-CU-UP之间所需的应用级配置数据，以通过E1接口正确地互操作⑷E1设置和gNB-CU-UP配置更新功能：允许通过E1接口通知gNB-CU-UP 支持的 NRCGI (Cell Global Identifier , 5G 全球小区识别码)、S-NSSAI(Single Network Slice Selection AssistanceInformation ,网络切片选择辅助信息)、PLMN-ID(公共陆地移动网标识)和QoS信息。

⑸E1设置和gNB-CU-UP配置更新功能：允许gNB-CU-UP向gNB-CU-CP发送其容量信息6) E1 gNB-CU-UP状态指示功能：允许通过E1接口通知过载或非过载状态2) E1承载上下文管理功能(1) 设置和修改QoS流到DRB(Data Radio Bearer ,数据无线承载)映射配置；(2) gNB-CU-UP向gNB-CU-CP通知DL数据到达检测的事件；(3) gNB-CU-UP通知gNB-CU-CP在默认DRB处第一次接收到UL分组数据时，其中尚未完成流映射的需要封装在SDAP报头中的QFI(QoS Flow ID , 5G QoS 流标识)信息；(4) gNB-CU-UP监视用户状态，如果用户当前锚定的gNB-CU-CP处于不活动状态，则gNB-CU-UP通知用户并可以重新激活用户到新的 gNB-CU-CP ;(5) gNB-CU-UP向gNB-CU・CP报告数据量;(6) gNB-CU-CP可以通知暂停和恢复到gNB-CU-UP的承载上下文;(7) 允许支持基于CA(Carrier Aggregation ,载波聚合)的分组复制3) TEID(Tunnel Endpoint Identifier ,隧道终结点标识)分配功能(1) gNB-CU-UP负责为每个数据无线承载分配F1-U UL GTPTEID(F1接口用户面上行隧道终结点标识)；(2) gNB-CU-UP负责为每个PDU会话分配每个E-RAB(EvolvedRadio Access Bearer ,演进的无线接入承载)的S1-U DL GTPTEID(S1接口用户面下行隧道终结点标识)和NG-U DL GTPTEID(NG接口用户面下行隧道终结点标识)；(3) gNB-CU-UP负责为每个数据无线承载分配X2-U DL/UL GTPTEID(X2接口用户面下行/上行隧道终结点标识)或Xn-U DL/UL GTPTEID(Xn接口用户面下行/上行隧道终结点标识)。

3、无线协议架构NR无线协议栈分为两个平面：用户面和控制面用户面(UserPlane , UP)协议栈即用户数据传输采用的协议簇，控制面(ControlPlane , CP)协议栈即系统的控制信令传输采用的协议簇如图4・9所市gNBSDAPUE .:| N「S | :I * I:MACpHy I'、杪接SCAMPDQP |RICM/C |Y |NG AR、| | XnAP ||\ GTPU:：| PQC P I| rLc ISCTP、、ETH/IPUPFNG・C哄| ： I1UNG-U图4.9协议栈控制面和用户面数据流向留什均,在图4-9中，虚线标注的是信令数据的流向一个UE在发起业务之前，首先要和核心网AMF建立信令连接，因此控制面的信令流程总是要先于用户面的数据流程UE经过认证、授权和加密等非接入层信令处理后，通过RRC信令和gNB建立无线信令连接；信令数据经过PDCP封装、RLC封装，经过MAC层、PHY层处理后，通过Uu空中接口发送到gNB ; gNB经过和一个UE相同的逆向处理过程后，发给NGAP ;封装成SCTP信令后,通过NG-C接口发给AMF ; AMF物理层接收到数据后，经过SCTP的解封装、NGAP解封装，转换为5G的非接入层信令被AMF处理。

NR用户面和控制面协议栈稍有不同,NR控制面协议栈与LTE控制面协议栈一致，用户面协议栈相比LTE用户面协议栈在PDCP层之上增加了一个SDAP层一个UE通过APP发起业务，首先经过SDAP协议封装，在经过PCDP封装和RLC封装后，经过MAC层、PHY层处理后，通过Uu接口发送到gNB ; gNB经过和一个UE相同的逆向处理过程后，经过GTPU和UDP封装后，通过NG-U接口发给UPF ; UPF接收数据后，经过UDP、GTPU的解封装，最终被UPF处理下面详细介绍如下：1 ,用户面协议栈用户面协议栈如图4-10所示gNBI UE图4-10用户面协议架标纳什均衡用户面协议从上到下依次是：• SDAP 。