這篇文章主要介紹LTE的最基礎的架構，包括LTE網路的構成，每一個網路實體的作用以及LTE網路協議棧，最後還包括對一個LTE資料流的模型的說明。

LTE網路參考模型

這是一張非常有名的LTE架構圖，從圖中可以看出，整個網路構架被分為了四個部分，包括由中間兩個框框起來的E-UTRAN部分和EPC部分，還有位於兩邊的UE和PDN兩部分。 
在日常生活中，UE就可以看作是我們的手機終端，而PDN可以看作是網路上的伺服器，E-UTRAN可以看作是遍佈城市的各個基站（可以是大的鐵塔基站，也可以是室內懸掛的只有路由器大小的小基站），而EPC可以看作是運營商（中國移動/中國聯通/中國電信）的核心網伺服器，核心網包括很多伺服器，有處理信令的，有處理資料的，還有處理計費策略的等等。 
下面詳細地介紹每一個元件的名稱與作用

UE

全稱是User Equipment，使用者裝置，就是指使用者的手機，或者是其他可以利用LTE上網的裝置。

eNB

是eNodeB的簡寫，它為使用者提供空中介面（air interface），使用者裝置可以通過無線連線到eNB，也就是我們常說的基站，然後基站再通過有線連線到運營商的核心網。在這裡注意，我們所說的無線通訊，僅僅只是手機和基站這一段是無線的，其他部分例如基站與核心網的連線，基站與基站之間互相的連線，核心網中各裝置的連線全部都是有線連線的。一臺基站(eNB)要接受很多臺UE的接入，所以eNB要負責管理UE，包括資源分配，排程，管理接入策略等等。

MME

是Mobility Management Entity的縮寫，是核心網中最重要的實體之一，提供以下的功能：

• NAS 信令傳輸
• 使用者鑑權與漫遊管理（S6a）
• 移動性管理
• EPS承載管理

在這裡所述的功能中，NAS信令指的是三層信令，包含EMM, ESM 和NAS 安全。然後移動性管理的話主要有尋呼，TAI管理和切換。承載的話主要是EPS 承載（bearer）的建立，修改，銷燬等。

S-GW

是Serving Gateway 的縮寫，主要負責切換中資料業務的傳輸。

P-GW

是PDN Gateway的縮寫，其中PDN是Packet Data Network 的縮寫，通俗地講，可以理解為網際網路，這是整個LTE架構與網際網路的介面處，所以UE如果想訪問網際網路就必須途徑P-GW實體，從另外一方面說，如果想通過P-GW而訪問網際網路的話，必須要有IP地址，所以P-GW負責了UE的IP地址的分配工作，同時提供IP路由和轉發的功能。此外，為了使網際網路的各種業務能夠分配給不同的承載，P-GW提供針對每一個SDF和每一個使用者的包過濾功能。（也就是說在P-GW處，進出的每一個包屬於哪個級別的SDF和哪一個使用者都已經被匹配好了。這裡的SDF是服務資料流Service Data Flow的縮寫，意思就是P-GW能區分每一個使用者的不同服務的資料包，從而對映到不同的承載上去。以後會有關於SDF的更詳細的說明）。此外，P-GW還有其他的一些功能，比如根據使用者和服務進行不同的計費和不同的策略，這部分對於每個運營商都會有差異，在此不做多的贅述。

HSS

是Home Subscriber Server的縮寫，歸屬使用者伺服器，這是存在與核心網中的一個數據庫伺服器，裡面存放著所有屬於該核心網的使用者的資料資訊。當用戶連線到MME的時候，使用者提交的資料會和HSS資料伺服器中的資料進行比對來進行鑑權。

PCRF

是Policy and Charging Rules Function的縮寫，策略與計費規則，它會根據不同的服務制定不同的PCC計費策略。

SPR

是Subscriber Profile Repository的縮寫，使用者檔案庫。這個實體為PCRF提供使用者的資訊，然後PCRF根據其提供的資訊來指定相應的規則。（這個我也不是很明白其具體內容）

OCS

是Online Charging System 的縮寫，線上計費系統，顧名思義，應該是個使用者使用服務的計費的系統

OFCS

是Offline Charging System 的縮寫，離線計費系統，對計費的記錄進行儲存。

上面介紹完了圖中所有的實體的名稱以及作用，其實真實的核心網中遠遠不止這些實體，還有很多，鑑於我也不是很懂，在此就不多說了。

然後下面針對圖中主要的幾個介面說說

LTE-Uu

LTE-Uu介面是位於終端與基站之間的空中介面。在這中間，終端會跟基站建立信令連線與資料連線，信令連線叫做RRC Connection，相應的信令在SRB上進行傳輸，（這裡，SRB有三類，分別是SRB0, SRB1和SRB2，SRB可以理解為是傳輸信令的管道），而資料的連線是邏輯通道，相關的資料在DRB上傳輸。這兩個連線是終端與網路進行通訊所必不可少的。

X2（控制面）

X2是兩個基站之間的介面，利用X2介面，基站間可以實現SON功能（Self Organizing Network），比如PCI的衝突檢測等。

S1（控制面）

S1是基站與MME之間的介面，相關NAS信令的傳輸都必須建立在S1連線建立的基礎上。

X2（使用者面）

X2使用者面的介面是建立在GTP-U協議的基礎上，連線兩個基站，傳輸基站間的資料。（X2 handover等）

S1（使用者面）

S1使用者面的介面是建立在GTP-U協議的基礎上，連線基站與MME，傳輸基站與MME之間的資料。（S1 handover，上網的資料流等）

剩下的介面在我個人的工作中沒有接觸，不是很瞭解，這裡就不多說了。

LTE協議棧

說協議棧，就得分開從兩方面來講，分別是使用者面與控制面。 
先從使用者面開始說起

上圖是使用者面的協議棧，下面詳細地介紹每一個層（主要功能）

LTE-Uu 介面

PDCP

PDCP協議針對傳輸地資料包執行以下的操作：

• 資料包頭壓縮（ROHC）
• AS層的安全（包括加密與完整性檢驗）
• 包的重排序和重傳

RLC

RLC層針對傳輸地資料包執行以下的操作：

• 在傳送端，提供資料包的分段與串聯
• 在接收端，提供透明，確認模式與非確認模式三種模式
• RLC層也執行對RLC PDU的重排序與重傳

MAC

MAC層對從高層傳來的MAC PDU和從底層傳來的包做以下的處理：

• 在物理層和RLC層之間提供邏輯通道的連線
• 邏輯通道的複用與解複用
• 對邏輯通道根據QoS來進行排程和分配優先順序

S1-U/S5/X2 介面

GTP-U

GTP-U協議主要是用來轉發使用者的IP資料包，GTP-U協議還有個特點，只要GTP-U連線建立後傳輸資料，那麼在資料結束之後總會有END Marker來標誌著資料流的結束。

下面是控制面的協議棧

上面是關於控制面的總圖，包含了LTE-Uu，S1-MME，S11等介面的，由於本人業務限制，對其他的不瞭解，就只簡單地介紹下面幾個

LTE-Uu介面

NAS

提供移動性管理和承載管理，比如說eNB的資訊的更新，或者MME的配置資訊的更新會觸發Configuration Update信令的下發或者上載，然後E-RAB的建立，修改，銷燬都是屬於NAS管理的範圍之內。

RRC

RRC協議支援傳輸NAS信令， 同時也提供對於無線資源的管理

• 廣播系統訊息，例如MIB，SIB1，SIB2 ……
• RRC連線的建立，重建立，重配置和釋放
• 無線承載(RB)的建立，修改與釋放。

X2 介面

X2AP

X2AP協議支援無線網（E-UTRAN）中的UE移動性管理和SON功能。比如通過X2AP的資料轉發（在X2 Handover的時候的資料轉發），SN status的轉發（Handover時），或者時eNB之間的資源狀態訊息交換等。

S1-MME

S1AP

S1AP協議如前所述，是S1 連線建立的時候用來傳輸信令的協議，該協議負責S1介面的管理，E-RAB的管理，還有NAS信令的傳輸，以及UE上下文的管理。

一個簡單的例子

這裡通過一個簡單的例子來全盤地看一下LTE系統是怎麼樣運轉地。

首先是從終端到Internet的方向傳輸，也就是我們通常所說的“上行傳輸” 

上面這個例子記述了包從UE是怎麼一步一步地通過LTE系統傳輸到Internet的。 
首先，UE發出一個包時，包上面會打上UE的地址作為源地址，要去的因特網上的伺服器的地址作為目的地址，傳送給基站eNB，然後基站給包封裝到GTP 隧道里可以傳輸的GTP包，每個包的源地址會被換成基站的地址，而目的地址則是被換成將要到達的Serving Gateway，然後，每個包也會包含他們所在傳輸隧道的隧道ID：UL S1-TEID。當包到達Serving Gateway時，源目地址被分別換成了Serving Gateway和P-GW的地址，同時，傳輸的隧道也由S1 GTP 隧道變成了S5 GTP隧道，當然隧道ID也會隨之變化。最後，當包到達P-GW後，這時P-GW講GTP解開，檢視其真正的目的地址，然後將包送到網際網路上。這樣子就完成了一個數據包從終端的網際網路的上傳。

下面看一下下行的傳輸

下行的情況與上行的情況正好相反，經過P-GW，S-GW，eNB時會對資料包打包，在eNB處會解封裝，然後直接把資料包傳輸給UE