【3GPP核心网】【LTE】秀！一篇文章足够让您掌握LTE基本概念（深度解析LTE系统拓扑图、网元结构、主要接口、各接口关联方式等）

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已于 2025-01-25 21:15:32 修改

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分类专栏：精讲3GPP协议栈 3GPP基础知识精讲4G核心网文章标签： 3GPP 核心网蜂窝网络 LTE S1-MME LTE接口关联方式

于 2023-12-26 11:41:56 首次发布

本文链接：https://blog.youkuaiyun.com/jly_20220520/article/details/135217830

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本文详细介绍了LTE的基本概念，包括LTE系统拓扑、网元结构、主要接口如S1-MME、S6a及其关联方式。内容涵盖E-UTRAN、MME、S-GW和PGW的功能，以及S1-MME消息处理，如E-RAB、上下文管理和切换信令等。此外，还解析了S6a接口的协议栈和消息交互，如Update Location、Cancel Location等。

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1. 欢迎大家订阅和关注，3GPP通信协议精讲（2G/3G/4G/5G/IMS）知识点，专栏会持续更新中.....敬请期待！

6.4.2.1 Update Location

6.4.2.2 Cancel Location

6.4.2.3 Purge UE

6.4.2.4 Subscriber Data Handling Procedures

6.4.2.5 Authentication Procedures

1. 什么是LTE

LTE就是网络制式，我们平时熟知的是GSM、CDMA、GPRS等等，其实LTE跟他们一样，就是一个网络制式罢了。

而对于LTE的详细定义来说，LTE又可以理解为LTE(Long Term Evolution,长期演进)项目是3G的演进，但LTE并非人们普遍误解的4G技术，而是3G与4G技术之间的一个过渡，是3.9G的全球标准,它改进并增强了3G的空中接入技术。

LTE主要包括两种版本：即TD-LTE和LTE FDD两种制式。两种制式是根据之前不同的2、3G网络来进行选择性应用。比如中国移动，采用的是TD-LTE，是因为TD-LTE可以很好的和中国移动自主研发的3G网络兼容。而联通和电信则可能采用是两种版本的结合,或者是使用其中的一种。

2. LTE系统介绍

LTE系统只存在分组域。分为两个网元，EPC（Evolved Packet Core，演进分组核心网）和eNode B（Evolved Node B，演进Node B）。EPC负责核心网部分，信令处理部分为MME（Mobility Management Entity，移动管理实体），数据处理部分为S-GW（Serving Gateway，服务网管）。eNode B负责接入网部分，也称E-UTRAN（Evolved UTRAN，演进的UTRAN）

3. EPS部署

EPS=E-UTRAN+EPC

UE通过eNB连接到EPC核心网
信令面通过S1-MME接口与MME相连，进行用户注册、鉴权，在HSS判断用户合法性；
MME通过S11接口发送默认承载的消息给SGW
SGW通过APN在DNS解析出所承载的PGW
SGW通过S5接口把消息发送给PGW
P-GW通过Gx接口与PCRFi连接，对用户请求进行授权，策略分配、QOS的保证
用户面通过S1-U接口与SGW相连
PGW通过SGI接口接入运营商网络

4. 缩略语解释

5. 网元实体介绍

5.1 E-UTRAN

E-UTRAN的实体eNode：

无线资源管理—无线承载控制、无线许可控制，上行和下行资源动态分配/调度
头压缩及用户面加密
UE附着时的MME选择
根据用户QoS签约信息，进行上行和下行的承载级别的速率调整，对承载级别的准入控制。

5.2 MME

MME是核心网唯一控制平面的设备，主要功能有：

1. 移动性管理

-附着/去附着、跟踪区更新、切换和寻呼。

2. 接入控制

- MME通过鉴权功能实现网络和用户之间的相互鉴权和密钥协商，确保用户请求的业务在当前网络可用。

3. 会话管理

-对建立会话所必须的承载的管理，默认承载和专用承载。

4. 网元SGW/PGW选择

5. 存储用户信息

- MME要保存用户的状态，MM 上下文和EPS承载上下文信息，包括用户标识、跟踪区信息、鉴权信息、安全算法、网元地址、QOS参数。

6. 业务连续性

- MME还能支持EPS与2G/3G 建的业务互通。

5.3 S-GW

S-GW位于用户面，对每个接入LTE的UE，一次只能有一个SGW为之服务，功能有：

1. 会话管理: SGW能对承载进行建立、修改和释放，能存储EPS承载上下文

2. 路由选择和数据转发:eNodeB间切换时，SGW做为本地锚定点在路径转发后，像源eNodeB发送结束标记，从新排序功能。

3. QoS控制：支持EPS主要承载的主要QoS参数.

4. 计费

5. 存储信息

5.4 PGW

PGW位于用户面，是面向PDN终结与SGi接口网关，功能有：

IP地址分配：用户UE的IP地址是由PGW来分配的，静态和动态。
会话管理：支持EPS承载管理功能，建立、修改、释放，能根据APN进行域名解析并寻址到外网。
PCRF选择(Policy and Charging Function策略计费控制功能)
路由选择数据转发
QoS控制
计费
策略和计费执行

6. LTE主要接口

6.1 S1-MME

6.2 S1-MME消息

常见的消息如下

其它消息详情看协议36300/19.2.2和36413/8

6.2.1 E-RAB

E-RAB建立（E-RAB Setup request / response）
E-RAB修改（E-RAB modify request / response）
E-RAB释放（E-RAB release command / response）

6.2.2 上下文管理

初始上下文建立（Initial Context Setup request / response）
UE上下文释放-eNB发起（UE Context Release Request）
UE上下文释放-MME发起（UE Context Release command / response）
UE上下文修改（UE Context Modification request / response）

6.2.3 切换信令

切换准备（handover request / command ）
切换资源分配（Handover request / request acknowledge）
切换通知（Handover Notifiy）
路径转换请求（Path Switch Request / request acknowledge）
切换取消（Handover Cancel / Cancel acknowledge）

6.2.4 寻呼

Paging

6.2.5 NAS传输

初始UE消息（Initial UE Message）
下行NAS传输（DOWNLINK NAS Transport）
上行NAS传输（UPLINK NAS Transport）

6.3 S1-U协议栈

6.4 S6a接口

6.4.1 S6a协议栈

S6A(Subscriber to Authentication Server Interface)，是物联网中用于认证和授权的接口，主要用于UE(User Equipment，用户终端设备)和HSS(Home Subscriber Server，家庭订阅服务器)之间的通信。

S6A接口的主要用途包括:

1.认证(Authentication):UE连接到S6A接口可以查询HSS以验证其身份。

2.授权(Authorization):UE连接到S6A接口可以查询HSS以获取其可访问的网络资源和服务的权限

3.管理会话(Session Management):UE与移动网络之间的会话关系需要通过S6A接口进行管理。

具体算法:S6A接囗实现了一种称为EAP-AKA (Extensible Authentication Protocol with Authentication andKey Agreement，基于身份验证和密钥协商的可扩展身份验证协议)的加密协议，它用于在UE和HSS之间进行身份验证和密钥协商。

在EAP-AKA中，UE会生成一个随机数(RAND)，并通过S6A接口将其发送给HSS。HSS将使用RAND和其存储的与UE相关的密钥(K)来计算另一个随机数(AUTN)和一个Expected Response(XRES)值。HSS将AUTN和XRES发送回UE，UE将使用AUTN和它自己存储的K来计算一个Response(RES)值并将其发送回HSS。如果HSS接收到UE发送的预期响应与它计算的XRES值相匹配，则认证成功，UE将被授权访问网络资源和服务。

总的来说，S6A接口在物联网中的一些关键作用是确保设备的身份和访问权限，并管理设备与网络之间的会话关系。

6.4.2 S6a消息

常见的消息如下

其它消息详情看协议29272-c40

6.4.2.1 Update Location

wireshark过滤diameter.cmd.code == 316

HSS给MME传递用户数据，既可以在位置更新过程(Update Location)中插入用户数据；
也可以通过独立的插入用户数据程序(Insert Subscriber Data)来实现。
在用户附着过程或者TAU过程中，如果MME中没有用户的数据，MME就会给HSS发送Update Location Request消息，请求HSS反馈用户的签约信息；
收到这Request消息后，HSS发送一条Update Location Answer消息给MME，其中包含用户的IMSI和签约数据。

Update Location Request

Update Location Answer

6.4.2.2 Cancel Location

wireshark过滤diameter.cmd.code == 317

HSS用Cancel Location程序，来删除MME中的用户记录。

该程序的目的是：

-通知MME，要撤销用户的签约信息

-通知MME，发生了位置更新，比如：MME改变了

Cancel Location Request

Cancel Location Answer

6.4.2.3 Purge UE

wireshark过滤diameter.cmd.code == 321

Purge功能允许MME通知HSS，它要删除去附着用户的签约数据和MM上下文了。
在显式或隐式去附着UE以后，MME可以立刻删除用户的签约数据，MME也可以将用户的数据保留一段时间，这样在以后的附着过程中可以重用该用户数据而不用从HSS获得。

Purge UE Request

Purge UE Answer

6.4.2.4 Subscriber Data Handling Procedures

wireshark过滤diameter.cmd.code == 319

HSS调用插入用户数据程序（Insert Subscriber Data），用在HSS和MME之间，目的是把用户的签约信息传递给MME，也可以更新MME中的特定用户数据。
HSS发送一个Insert Subscriber Data（IMSI, Subscription Data）消息给MME。
MME会把从HSS收到的签约数据中的PDN签约上下文跟自己所保存的PDN签约上下文进行比较，根据比较结果，更新自己所保存的用户签约数据，并给HSS返回Insert Subscriber DataAck (IMSI) 作为确认。