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4.3无线协议架构
NR无线协议分为两个平面#xff1a;用户面和控制面。
用户面#xff08;UP#xff09;:协议栈及用户数据采用的协议
控制面(Control Plane#xff0c;CP)协议栈即系统的控制信令传输采用的协议簇。 虚线标注的是信令数据的流向。一个UE在…**部分笔记**
4.3无线协议架构
NR无线协议分为两个平面用户面和控制面。
用户面UP:协议栈及用户数据采用的协议
控制面(Control PlaneCP)协议栈即系统的控制信令传输采用的协议簇。 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gNBgNB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AMFAMF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。
什么是AMF
在5G网络中AMF代表的是Authentication Management Function认证管理功能。AMF是5G核心网络中的一个重要组成部分负责处理用户设备的认证、安全策略和密钥管理等功能。
什么是UPF下沉
UPF下沉指的是用户面平面User Plane Function的下沉。在5G网络中为了更好地支持边缘计算和提供低延迟的服务可以将部分用户面功能下沉到接近用户或设备的边缘位置。
这种下沉可以通过在边缘位置部署用户面功能来实现以便更快地处理数据并降低数据传输的延迟。这种方式有助于改善对于实时应用和服务的支持例如增强型移动宽带、车联网和工业自动化等场景。
UPF的下沉使得数据能够更加直接地从用户设备到达网络中的服务点而无需经过远程的核心网络节点。这种架构可以显著减少数据传输的延迟并且更好地支持需要快速响应的应用和服务。
SCTP和NGAP是什么
SCTPStream Control Transmission Protocol是一种面向消息的传输控制协议通常用于在IP网络上提供可靠的、有序的数据传输。SCTP具有多条流的特性可以同时处理多个消息流适用于需要高可靠性和传输顺序保证的应用场景比如电话信令和传感器数据传输等。
NGAPNext Generation Application Protocol是指5G核心网中的下一代应用层协议。它主要用于EPCEvolved Packet Core到5G核心网之间的通信支持新的5G服务和功能。NGAP承载着控制面的信令消息用于支持不同的5G核心网功能包括移动性管理、会话管理以及用户面和控制面分离等。 用户面协议架构 SDAP PDCP RLC MAC PHY分别是什么
· SDAP层Service Data Adaptation Protocol服务数据适配协议层因为5G沿用4G网络的无线承载的概念但是相比于4G网络而言5G网络更加精细化业务
· PDCP层Packet Data Convergence Protocol分组数据汇聚协议层
· RLC层Radio Link Control无线链路控制层
· MAC层Medium Access Control介质访问控制层
· PHY层Physical物理层。 控制面协议栈 NR控制面协议几乎与LTE协议栈一模一样从上到下依次为
· NAS层Non-Access Stratum非接入层
· RRC层Radio Resource Control无线资源控制层
· PDCP层Packet Data Convergence Protocol分组数据汇聚协议层
· RLC层Radio Link Control无线链路控制层
· MAC层Medium Access Control介质访问控制层
· PHY层Physical物理层。
UE所有的协议栈都位于UE内而在网络侧NAS层不位于基站gNB上而是在核心网的AMF实体上。控制面协议栈不包含SDAP层 4.4无线接入架构中的几个典型的流程 流程说明如下
(1) UE向源gNB-DU发送测量报告消息。
(2) 源gNB-DU向gNB-CU发送上行链路RRC传输消息以传达所接收的测量报告。
(3) gNB-CU向目标gNB-DU发送UE上下文建立请求消息以创建UE上下文并设置一个或多个承载。
(4) 目标gNB-DU利用UE上下文建立响应消息来响应gNB-CU。
(5) gNB-CU向源gNB-DU发送UE上下文修改请求消息包括生成的RRCConnection Reconfiguration(RRC连接重配)消息并指示停止UE的数据传输。源gNB-DU还发送下行链路数据传递状态帧(消息)以向gNB-CU通知UE未成功传输的下行链路数据。
(6) 源gNB-DU将接收到的RRCConnectionReconfiguration消息转发给UE。
(7) 源gNB-DU利用UE上下文修改响应消息来响应gNB-CU。
(8) 在目标gNB-DU处执行随机接入过程。目标gNB-DU发送下行链路数据传递状态帧(消息)以通知gNB-CU。那些未在源gNB-DU中成功发送的PDCP PDU的下行链路分组数据从gNB-CU发送到目标gNB-DU在接收下行链路数据传递状态之前或之后开始向目标gNB-DU发送DL用户数据取决于gNB-CU实现。
(9) UE利用RRCConnectionReconfigurationComplete(RRC连接重配完成)消息来响应目标gNB-DU。
(10) 目标gNB-DU向gNB-CU发送上行链路RRC传输消息以传达所接收的RRCConnectionReconfigurationComplete消息。下行链路分组被发送到UE。此外从UE发送上行链路分组并通过目标gNB-DU转发到gNB-CU。
(11) gNB-CU向源gNB-DU发送UE上下文释放命令消息。
(12) 源NB-DU释放UE上下文并且用UE上下文释放完成消息来响应gNB-CU。
3在F1-U上设置承载上下文流程
由于gNB引入了F1接口因此gNB业务的基础是通过F1-U接口在gNB-CU-UP中建立承载上下文这样就可以在gNB-CU-UP和gNB-DU之间发起上下行数据传送的过程如图所示。 流程说明如下
(1) 在gB-CU-CP中触发承载上下文设置(例如在来自MeNB(LTE基站为锚定基站或者主基站)的SgNB(gNB为辅基站)添加请求之后)。
(2) gNB-CU-CP发送包含用于S1-U或NG-U的UL TNL地址信息的承载上下文建立请求消息并且如果需要发送用于X2-U或Xn-U的DL或UL TNL地址信息以在gNB-CU-UP中建立承载上下文。对于NG-RANgNB-CU-CP决定流到DRB的映射并将生成的SDAP和PDCP 配置发送到NB-CU-UP。
(3) gNB-CU-UP以Bearer Context Setup Response (承载上下文建立响应)消息响应该消息包含F1-U的UL TNL地址信息以及S1-U或NG-U的DL TNL地址信息如果需要还包含DL或TNL地址信息。
(4) 为在gNB-DU中设置一个或多个承载执行F1 UE上下文设置过程。
(5) gNB-CU-CP发送包含用于F1-U和PDCP状态的DL TNL地址信息的Bearer Context Modification Request(承载上下文修改请求)消息。
(6) gNB-CU-UP以Bearer Context Modification Response(承载上下文修改响应)消息响应。
4gNB-CU-CP发起的承载上下文释放流程
当gNB结束业务时需要释放gNB-CU-CP发起的gNB-CU-UP中的承载上下文以结束gNB-CU-UP和gNB-DU之间上下行数据传送的过程如图所示。 流程说明如下
(1) 在gNB-CU-CP中触发承载上下文释放(例如在来自MeNB的SgNB释放请求之后)。
(2) gNB-CU-CP向gNB-CU-UP 发送Bearer Context Modification Request(承载上下文修改请求)消息。
(3) gNB-CU-UP以承载PDCPUL/DL状态的承载上下文修改响应进行响应。
(4) 执行F1 UE上下文修改过程以停止UE的数据传输。在停止UE调度时由gNB-DU实现(注意仅当需要保留承载的PDCP状态例如在承载类型改变时才执行步骤(2)(4)。
(5) gNB-CU-CP可以在EN-DC操作中从MeNB接收UE Context Release(UE上下文释放)消息。
(6) 执行承载上下文释放过程。
(7) 执行F1-UE上下文释放过程以释放gNB-DU中的UE上下文。
(8) gNB-CU-UP释放承载上下文。
5涉及gNB-CU-UP改变的gNB间切换流程
当UE从一个gNB移动到另外一个gNB下时就会发生gNB间切换。这种情况下gNB的CU和DU都发生了切换 流程说明如下
(1) 源gNB-CU-CP向目标gNB-CU-CP发送Xn Handover Request(Xn口切换请求)消息。
(2) 目标gNB-CU-CP向目标gNB-CU-UP发送承载上下文建立请求消息。
(3) 目标gNB-CU-UP向目标gNB-CU-CP回复响应消息。
(4) 承载上下文设置过程。
(5) 目标gNB-QU-CP用Xn Handover Request Acknowledge(Xn口切换请求确认)消息来响应源 gNB-CU-CP。
(6) 执行F1 UE上下文修改过程以停止gNB-DU处的UL数据传输并将切换命令发送到UE。
(7)-(8) 执行承载上下文修改过程(gNB-CU-CP发起)以使gNB-CU-CP能够检索UL/DL状态并交换承载的数据转发信息。
(9) 源gNB-CU-CP向目标gNB-CU-CP发送SN状态转移消息。
(10)-(11) 承载上下文修改过程。
(12) 从源gNB-CU-UP到目标gNB-CU-UP执行数据转发。
(13)-(15) 执行路径切换过程以将NG-U的DL TNL地址信息更新为核心网络。
(16) 目标gNB-CU-CP向源gNB-CU-CP发送UE上下文释放消息。
(17) 源gNB-CU-CP向源gNB-CU-UP发送承载上下文释放命令消息。
(18) 执行F1 UE上下文释放过程。
(19) 源gNB-CU-UP向源gNB-CU-CP发送承载上下文释放完成消息。
