5G移動(dòng)通信技術(shù)-5G無線接入網(wǎng)和接口協(xié)議

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5G無線接入網(wǎng)和接口協(xié)議5G無線接入網(wǎng)整體架構(gòu)和節(jié)點(diǎn)接口協(xié)議和功能無線協(xié)議架構(gòu)無線接入架構(gòu)中的幾個(gè)典型流程5G移動(dòng)通信技術(shù)【本章內(nèi)容】無線接入網(wǎng)是移動(dòng)通信的主要組成部分，其各種接口用來實(shí)現(xiàn)接入網(wǎng)中不同功能單元之間以及接入網(wǎng)和核心網(wǎng)之間的數(shù)據(jù)處理與交互。5G無線接入網(wǎng)的根本特征是CU和DU分離，通過CU和DU在物理位置上的靈活部署來實(shí)現(xiàn)不同的業(yè)務(wù)功能。5G的接入網(wǎng)除了有空中接口、和核心網(wǎng)之間的接口、基站之間的接口之外，還新增了F1接口和E1接口。本章還介紹了5G的無線協(xié)議架構(gòu)和5G幾個(gè)獨(dú)有的業(yè)務(wù)信令流程，比如F1接口啟動(dòng)等。5G無線接入網(wǎng)和接口協(xié)議4.15G無線接入網(wǎng)整體架構(gòu)和節(jié)點(diǎn)44.1.1基本架構(gòu)和節(jié)點(diǎn)功能

5GRAN是5G的無線接入網(wǎng)，簡稱NG-RAN，全稱NewRadioAccessTechnologyin3GPP，是5G系統(tǒng)的重要組成部分。相對于4GRAN，它發(fā)生了巨大變化，如圖4-1所示。圖4-15GRAN結(jié)構(gòu)

NG-RAN由一組通過NG接口連接到5GC(The5fifth-GenerationCore，5G核心網(wǎng))的gNB(5G基站)組成。gNB可以支持FDD模式、TDD模式或FDD/TDD雙模式。gNB可以通過Xn接口互連。gNB可以由gNB-CU(CentralizedUnit，集中式單元)和一個(gè)或多個(gè)gNB-DU(DistributedUnit，分布式單元)組成。gNB-CU和gNB-DU通過F1接口連接。在工作時(shí)，一個(gè)gNB-DU僅連接一個(gè)gNB-CU。但是為了可擴(kuò)展性能或者冗余配置，可以通過適當(dāng)?shù)膶?shí)現(xiàn)方案將一個(gè)gNB-DU連接到多個(gè)gNB-CU上。對于NG-RAN，由gNB-CU和gNB-DU組成的gNB的NG和Xn-C接口(gNB和gNB之間的接口的控制面)終止于gNB-CU；gNB-CU和連接的gNB-DU僅對其他gNB可見，而5GC僅對gNB可見。gNB包括以下功能：·無線資源管理功能：無線承載控制，無線接納控制，連接移動(dòng)性控制，上行鏈路和下行鏈路中UE的動(dòng)態(tài)資源分配及調(diào)度；·IP報(bào)頭壓縮，加密和數(shù)據(jù)完整性保護(hù)；·在UE提供的信息不能確定到AMF的路由時(shí)，為UE在UE附著的時(shí)候選擇AMF；·將用戶面數(shù)據(jù)路由到UPF；·提供控制面信息向AMF的路由；·連接設(shè)置和釋放；·調(diào)度和傳輸尋呼消息；·調(diào)度和傳輸系統(tǒng)廣播信息；·用于移動(dòng)性和調(diào)度的測量與測量報(bào)告配置；·上行鏈路中的傳輸級數(shù)據(jù)包標(biāo)記；·會(huì)話管理；·支持網(wǎng)絡(luò)切片；·QoS流量管理和映射到數(shù)據(jù)無線承載；·支持處于RRC_INACTIVE(無線連接處于非激活態(tài))狀態(tài)的UE；·NAS消息的分發(fā)功能；·無線接入網(wǎng)共享；·雙連接。注：AMF、UPF等為5G核心網(wǎng)的功能單元，具體功能請參考第5章內(nèi)容。4.1.2CU和DU的分離架構(gòu)依托5G系統(tǒng)對接入網(wǎng)架構(gòu)的需求，5G接入網(wǎng)架構(gòu)中，已經(jīng)明確將接入網(wǎng)分為CU和DU兩個(gè)功能實(shí)體，即由CU和DU組成gNB基站，如圖4-2所示。其中，CU是一個(gè)集中式節(jié)點(diǎn)，上行通過NG接口與核心網(wǎng)NGC相連接，在接入網(wǎng)內(nèi)部則能夠控制和協(xié)調(diào)多個(gè)小區(qū)，包含協(xié)議棧高層控制和數(shù)據(jù)功能，涉及的主要協(xié)議層包括控制面的RRC功能和用戶面的IP、SDAP(ServiceDataAdaptationProtocol，服務(wù)數(shù)據(jù)適配協(xié)議)、PDCP(PacketDataConvergenceProtocol，分組數(shù)據(jù)匯聚協(xié)議)子層功能；DU是分布式單元，廣義上，DU實(shí)現(xiàn)射頻處理功能和RLC、MAC以及物理層等基帶圖4-25GNRCU-DU邏輯架構(gòu)處理功能；狹義上，基于實(shí)際設(shè)備的實(shí)現(xiàn)，DU僅負(fù)責(zé)基帶處理功能，RRU(RemoteRadioUnit，遠(yuǎn)端射頻單元)負(fù)責(zé)射頻處理功能，DU和RRU之間通過CPRI(CommonPublicRadioInterface，通用無線協(xié)議接口)或eCPRI(enhanceCommonPublicRadioInterface，增強(qiáng)通用無線協(xié)議接口)相連。由于功能的分離，在5GRAN側(cè)增加了CU和DU之間的F1接口，3GPP對該接口的定義和消息交互也進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)化。CU/DU具有多種切分方案，不同切分方案的適用場景和性能增益均不同，同時(shí)對前傳接口的帶寬、傳輸時(shí)延、同步等參數(shù)要求也有很大差異。這種分離架構(gòu)體現(xiàn)在硬件部分，相比于4G基站，BBU功能在5G中被重構(gòu)為CU和DU兩個(gè)功能實(shí)體。采用CU和DU架構(gòu)后，CU和DU可以由獨(dú)立的硬件來實(shí)現(xiàn)。從功能上看，一部分核心網(wǎng)功能可以下移到CU甚至DU中，用于實(shí)現(xiàn)移動(dòng)邊緣計(jì)算。此外，原先所有的L1、L2、L3等功能都在BBU中實(shí)現(xiàn)，新的架構(gòu)下可以將L1、L2、L3功能分離，分別放在CU和DU甚至RRU、AAU(ActiveAntennaUnit，基站有源天線單元)中來實(shí)現(xiàn)，以便靈活地應(yīng)對傳輸和業(yè)務(wù)需求的變化。由此可見，5G系統(tǒng)中采用CU-DU分離架構(gòu)后，傳統(tǒng)BBU和RRU網(wǎng)元及其邏輯功能都會(huì)發(fā)生很大變化。CU-DU功能靈活切分的好處在于硬件實(shí)現(xiàn)靈活，可以節(jié)省成本。CU和DU分離的架構(gòu)下可以實(shí)現(xiàn)性能和負(fù)荷管理的協(xié)調(diào)、實(shí)時(shí)性能優(yōu)化并使用NFV/SDN(網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化/軟件定義網(wǎng)絡(luò))功能。功能分割可配置能夠滿足不同應(yīng)用場景的需求，如傳輸時(shí)延的多變性?？傊瑸榱酥С朱`活的組網(wǎng)架構(gòu)，適配不同的應(yīng)用場景，5G無線接入網(wǎng)將存在多種不同架構(gòu)、不同形態(tài)的基站設(shè)備。從設(shè)備架構(gòu)角度劃分，5G基站可分為BBU-AAU、CU-DU-AAU、BBU-RRU-Antenna、CU-DU-RRU-Antenna、一體化gNB等不同的架構(gòu)。從設(shè)備形態(tài)角度劃分，5G基站可分為基帶設(shè)備、射頻設(shè)備、一體化gNB設(shè)備以及其他形態(tài)的設(shè)備。無線網(wǎng)CU-DU架構(gòu)的好處還體現(xiàn)在能夠獲得小區(qū)間協(xié)作增益，實(shí)現(xiàn)集中負(fù)載管理，以及高效實(shí)現(xiàn)密集組網(wǎng)下的集中控制，比如多連接、密集切換、獲得池化增益、使能NFV/SDN等等，滿足運(yùn)營商某些5G場景的部署需求。需要注意的是，在設(shè)備實(shí)現(xiàn)上，CU和DU可以靈活選擇，即二者可以是分離的設(shè)備，通過F1接口通信；或者CU和DU也完全可以集成在同一個(gè)物理設(shè)備中，此時(shí)F1接口就變成了設(shè)備內(nèi)部的接口，CU之間通過Xn接口進(jìn)行通信。CU-DU架構(gòu)如圖4-3所示。圖4-3CU-DU分離和一體化實(shí)現(xiàn)5G無線接入網(wǎng)和接口協(xié)議4.2接口協(xié)議和功能4

NG-RAN接口主要包括RAN和5G核心網(wǎng)之間的NG接口，NG-RAN節(jié)點(diǎn)(gNB或ng-eNB)之間的Xn接口，NG-RAN內(nèi)部gNB的CU和DU功能實(shí)體之間互聯(lián)的F1接口，NG-RAN內(nèi)部的gNB-CU-CP和gNB-CU-UP之間的點(diǎn)對點(diǎn)邏輯接口E1。gNB的NG、Xn、F1三個(gè)接口都可以在邏輯上分為控制面(-C)和用戶面(-U)兩部分，如圖4-4所示。5GUE和NG-RAN之間的接口名字仍然沿用了Uu的名稱，功能也和LTEUu接口類似，在此不再贅述。圖4-4gNB邏輯節(jié)點(diǎn)和接口4.2.1NG接口

NG接口是一個(gè)邏輯接口，規(guī)范了NG-RAN節(jié)點(diǎn)與不同制造商提供的核心網(wǎng)AMF(AccessMobilityFunction，接入和移動(dòng)管理功能)節(jié)點(diǎn)和UPF(UserPlaneFunction，用戶平面功能)節(jié)點(diǎn)的互連，同時(shí)分離NG接口無線網(wǎng)絡(luò)功能和傳輸網(wǎng)絡(luò)功能。NG接口分為NG-C接口(控制面接口)和NG-U接口(用戶面接口)兩部分。從任何一個(gè)NG-RAN節(jié)點(diǎn)向5GC連接可能存在多個(gè)NG-C邏輯接口，然后通過NAS(Non-AccessStratum，非接入層)節(jié)點(diǎn)選擇功能確定NG-C接口。從任何一個(gè)NG-RAN節(jié)點(diǎn)向5GC連接也可能存在多個(gè)NG-U邏輯接口。NG-U接口的選擇在5GC內(nèi)完成，并由AMF發(fā)信號(hào)通知NG-RAN節(jié)點(diǎn)。1．NG-UNG用戶面接口(NG-U)在NG-RAN節(jié)點(diǎn)和UPF之間定義。NG接口的用戶面協(xié)議棧如圖4-5所示。傳輸網(wǎng)絡(luò)層建立在IP傳輸層之上，GTP-U用于UDP/IP之上，以承載NG-RAN節(jié)點(diǎn)和UPF之間的用戶面PDU(ProtocolDataUnit，協(xié)議數(shù)據(jù)單元)數(shù)據(jù)。2．NG-CNG控制面接口NG-C在NG-RAN節(jié)點(diǎn)和AMF之間定義。NG接口的控制面協(xié)議棧如圖4-6所示。傳輸網(wǎng)絡(luò)層建立在IP傳輸層之上，為了可靠地傳輸信令消息，在IP之上添加了SCTP(StreamControlTransmissionProtocol，流控制傳輸協(xié)議)，提供有保證的應(yīng)用層消息傳遞。應(yīng)用層信令協(xié)議稱為NGAP(NGApplicationProtocol，NG應(yīng)用協(xié)議)。在傳輸中，IP層點(diǎn)對點(diǎn)傳輸用于傳遞信令PDU。圖4-5NG-U協(xié)議棧

圖4-6NG-C協(xié)議棧

3．NG接口功能NG-C提供以下主要功能：1)尋呼功能尋呼功能支持向?qū)ず魠^(qū)域中涉及的NG-RAN節(jié)點(diǎn)發(fā)送尋呼請求消息，例如UE注冊的TAC(TraceAreaCode，跟蹤區(qū)域碼)所屬的NG-RAN節(jié)點(diǎn)。2)

UE上下文管理功能UE上下文管理功能允許AMF在AMF和NG-RAN節(jié)點(diǎn)中建立、修改或釋放UE上下文。3)移動(dòng)性管理功能移動(dòng)性管理功能包括用于支持NG-RAN內(nèi)的移動(dòng)性的系統(tǒng)內(nèi)切換功能和用于支持來自或到EPS系統(tǒng)的移動(dòng)性的系統(tǒng)間切換功能。它包括通過NG接口準(zhǔn)備、執(zhí)行和完成切換。4)

PDU會(huì)話管理功能一旦UE上下文在NG-RAN節(jié)點(diǎn)中可用，PDU會(huì)話功能負(fù)責(zé)建立、修改和釋放所涉及的PDU會(huì)話NGRAN資源，以用于用戶數(shù)據(jù)傳輸。NGAP支持AMF對PDU會(huì)話相關(guān)信息的透明中繼。5)

NAS傳輸功能NAS傳輸功能通過NG接口傳輸NAS消息，或者重新路由特定UE的NAS消息(例如用于NAS移動(dòng)性管理)。6)

NAS節(jié)點(diǎn)選擇功能5G架構(gòu)支持NG-RAN節(jié)點(diǎn)與多個(gè)AMF的互連。因此，NAS節(jié)點(diǎn)選擇功能位于NG-RAN節(jié)點(diǎn)中，以基于UE的臨時(shí)標(biāo)識(shí)符確定UE的AMF關(guān)聯(lián)，該臨時(shí)標(biāo)識(shí)符由AMF分配給UE。當(dāng)UE的臨時(shí)標(biāo)識(shí)符尚未被分配或不再有效時(shí)，NG-RAN節(jié)點(diǎn)可以改為按照切片信息以確定AMF。此功能位于NG-RAN節(jié)點(diǎn)中，可通過NG接口進(jìn)行正確路由。在NG接口上，沒有特定的過程對應(yīng)NAS節(jié)點(diǎn)選擇功能。7)NG接口管理功能NG接口管理功能提供對自身接口的管理，包括以下兩種：定義NG接口操作的開始或者重置；實(shí)現(xiàn)不同版本的應(yīng)用流程，如果出現(xiàn)錯(cuò)誤則發(fā)送錯(cuò)誤指示。8)警告信息傳輸功能警告消息傳輸功能提供通過NG接口傳輸警告消息或者根據(jù)需求取消正在廣播的警告消息的功能。9)配置傳輸功能配置傳輸功能是一種通用機(jī)制，允許通過核心網(wǎng)絡(luò)在兩個(gè)RAN節(jié)點(diǎn)之間請求和傳輸RAN配置信息，例如請求和傳輸SON(自組網(wǎng))的信息。10)跟蹤功能跟蹤功能提供了控制NG-RAN節(jié)點(diǎn)中跟蹤會(huì)話的方法。11)AMF管理功能AMF管理功能支持AMF刪除和AMF自動(dòng)恢復(fù)。12)多個(gè)TNL關(guān)聯(lián)支持功能當(dāng)NG-RAN節(jié)點(diǎn)和AMF之間存在多個(gè)(TNLTransportNetworkLayer，傳輸網(wǎng)絡(luò)層)關(guān)聯(lián)時(shí)，NG-RAN節(jié)點(diǎn)基于從AMF接收的每個(gè)TNL關(guān)聯(lián)的使用和權(quán)重因子來選擇用于NGAP信令的TNL關(guān)聯(lián)。如果AMF釋放TNL關(guān)聯(lián)，則NG-RAN節(jié)點(diǎn)會(huì)選擇規(guī)范中規(guī)定的新節(jié)點(diǎn)。13)AMF負(fù)載平衡功能NG接口支持根據(jù)多個(gè)NG-RAN節(jié)點(diǎn)的相對容量選擇接入的AMF，以便在池區(qū)域內(nèi)實(shí)現(xiàn)AMF負(fù)載均衡。14)位置報(bào)告功能位置報(bào)告功能使AMF能夠請求NG-RAN節(jié)點(diǎn)報(bào)告UE的當(dāng)前位置，或者在不能確定當(dāng)前UE位置的情況下，報(bào)告UE的最后已知位置以及時(shí)間戳信息。15)AMF重新分配功能AMF重新分配功能允許將NG-RAN節(jié)點(diǎn)發(fā)出的初始連接請求從初始AMF重定向到由5GC選擇的目標(biāo)AMF。在這種情況下，NG-RAN節(jié)點(diǎn)在一個(gè)新的NG接口實(shí)例上發(fā)起UE初始化消息過程，并且在接收到第一個(gè)下行鏈路消息后通過原先的NG接口實(shí)例關(guān)閉UE原先的邏輯連接。4.2.2Xn接口

Xn接口是NG-RAN節(jié)點(diǎn)(gNB或ng-eNB)之間的網(wǎng)絡(luò)接口，分為Xn-U接口(用戶面接口)和Xn-C接口(控制面接口)兩部分。Xn接口的規(guī)范原則如下：(1)Xn接口是開放的；(2)Xn接口支持兩個(gè)NG-RAN節(jié)點(diǎn)之間的信令信息交換，以及PDU到各個(gè)隧道端點(diǎn)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)。從邏輯角度來看，Xn是兩個(gè)NG-RAN節(jié)點(diǎn)之間的點(diǎn)對點(diǎn)接口。即使在兩個(gè)NG-RAN節(jié)點(diǎn)之間沒有物理直接連接的情況下，點(diǎn)對點(diǎn)邏輯接口也應(yīng)該是可行的。1．Xn-UXn用戶面Xn-U接口在兩個(gè)NG-RAN節(jié)點(diǎn)之間定義，協(xié)議棧如圖4-7所示。傳輸網(wǎng)絡(luò)層建立在IP網(wǎng)絡(luò)層之上，GTP-U用于UDP/IP之上以承載用戶面PDU。Xn-U提供無保證的用戶面PDU傳送，并支持以下功能：(1)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)功能：允許NG-RAN節(jié)點(diǎn)間數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)從而支持雙連接和移動(dòng)性操作；(2)流控制功能：允許NG-RAN節(jié)點(diǎn)接收第二個(gè)節(jié)點(diǎn)的用戶面數(shù)據(jù)從而控制數(shù)據(jù)流向。2．Xn-CXn控制面接口(Xn-C)在兩個(gè)NG-RAN節(jié)點(diǎn)之間定義，協(xié)議棧如圖4-8所示。傳輸網(wǎng)絡(luò)層建立在IP網(wǎng)絡(luò)層之上的SCTP上。應(yīng)用層信令協(xié)議稱為XnAP(XnApplicationProtocol，Xn應(yīng)用協(xié)議)。SCTP層提供有保證的應(yīng)用層消息傳遞。在網(wǎng)絡(luò)IP層中，點(diǎn)對點(diǎn)傳輸用于傳遞信令PDU。圖4-7Xn-U協(xié)議棧

圖4-8Xn-C協(xié)議棧Xn-C接口支持以下功能：(1)通過Xn-C接口提供可靠的XnAP消息傳輸；(2)提供網(wǎng)絡(luò)和路由功能；(3)在信令網(wǎng)絡(luò)中提供冗余；(4)支持流量控制和擁塞控制；(5)Xn-C接口管理和差錯(cuò)處理功能，包括Xn建立、差錯(cuò)指示、Xn重置、Xn配置數(shù)據(jù)更新、Xn移除等功能；(6)UE移動(dòng)管理功能，包括切換準(zhǔn)備、切換取消、恢復(fù)UE上下文、RAN尋呼、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)控制等功能；(7)雙連接功能，激活NG-RAN中輔助節(jié)點(diǎn)資源的使用。4.2.3F1接口

1．F1接口概述F1接口定義為NG-RAN內(nèi)部的gNB的CU和DU功能實(shí)體之間互連的接口，或者與E-UTRAN內(nèi)的en-gNB(經(jīng)過升級支持5G的4G基站)之間的CU和DU部分的互連接口。F1接口規(guī)范的目的是實(shí)現(xiàn)由不同制造商提供的gNB-CU和gNB-DU之間進(jìn)行互連。F1接口規(guī)范的一般原則如下：(1)F1接口是開放的；(2)F1接口支持端點(diǎn)之間的信令信息交換，此外接口支持向各個(gè)端點(diǎn)的數(shù)據(jù)傳輸；(3)從邏輯角度來看，F(xiàn)1是端點(diǎn)之間的點(diǎn)對點(diǎn)接口，即使在端點(diǎn)之間沒有物理直接連接的情況下，點(diǎn)對點(diǎn)邏輯接口也應(yīng)該是可行的；(4)F1接口支持控制平面和用戶平面分離；(5)F1接口分離無線網(wǎng)絡(luò)層和傳輸網(wǎng)絡(luò)層；(6)F1接口可以交換UE相關(guān)信息和非UE相關(guān)信息。2．F1接口功能1)F1-C接口功能(1)F1接口管理功能：包括差錯(cuò)指示、重置、F1建立(gNB-DU發(fā)起F1建立)、配置更新等功能(允許gNB-CU和gNB-DU間應(yīng)用層配置數(shù)據(jù)更新，激活/去激活小區(qū))。(2)系統(tǒng)信息管理功能：系統(tǒng)廣播信息的調(diào)度在gNB-DU執(zhí)行，gNB-DU根據(jù)獲得的調(diào)度參數(shù)傳輸系統(tǒng)消息；gNB-DU負(fù)責(zé)NR-MIB(MasterInformationBlock，主系統(tǒng)信息塊)編碼，若需要廣播SIB1(SystemInformationBlocks，系統(tǒng)信息塊)和其他SI(SystemInformation)消息，gNB-DU負(fù)責(zé)SIB1編碼，gNB-CU負(fù)責(zé)其他SI消息的編碼。(3)F1UE上下文管理功能：支持所需要的UE上下文建立和修改。(4)RRC消息轉(zhuǎn)發(fā)功能：允許gNB-CU與gNB-DU間RRC消息轉(zhuǎn)發(fā)，gNB-CU負(fù)責(zé)使用gNB-DU提供的輔助信息對專用RRC消息編碼。2)F1-U接口功能(1)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)功能：允許NG-RAN節(jié)點(diǎn)間數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)，從而支持雙連接和移動(dòng)性操作；(2)流控制功能：允許NG-RAN節(jié)點(diǎn)接收第二個(gè)節(jié)點(diǎn)的用戶面數(shù)據(jù)，從而提供數(shù)據(jù)流相關(guān)的反饋信息。4.2.4E1接口

1．E1接口概述E1接口定義為NG-RAN內(nèi)部的gNB-CU-CP和gNB-CU-UP之間的點(diǎn)對點(diǎn)接口，它是邏輯接口。E1接口規(guī)范的一般原則如下：(1)E1接口是開放的；(2)E1接口支持端點(diǎn)之間信令信息的交換；(3)從邏輯角度來看，E1是gNB-CU-CP和gNB-CU-UP之間的點(diǎn)對點(diǎn)接口，即使在端點(diǎn)之間有物理直接連接的情況下，點(diǎn)對點(diǎn)邏輯接口也應(yīng)該是可行的；(4)E1接口分離無線網(wǎng)絡(luò)層和傳輸網(wǎng)絡(luò)層；(5)E1接口可以交換UE相關(guān)信息和非UE相關(guān)信息；(6)E1接口是開放性的，可滿足不同的新要求，支持新服務(wù)和新功能，但E1接口是控制接口，不能用于用戶數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)。2．E1接口功能E1接口提供用于在NG-RAN內(nèi)互連gNB-CU-CP和gNB-CU-UP，或用于互連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)錯(cuò)誤指示功能：由gNB-CU-UP或gNB-CU-CP使用該功能向gNB-CU-CP或gNB-CU-UP指示已發(fā)生錯(cuò)誤，并可以通過重置節(jié)點(diǎn)來解決錯(cuò)誤。重置節(jié)點(diǎn)功能用于在節(jié)點(diǎn)設(shè)置后和故障事件發(fā)生后初始化對等實(shí)體。該功能可以由gNB-CU-UP和gNB-CU-CP使用。(2)E1設(shè)置功能：允許交換gNB-CU-UP和gNB-CU-CP在E1接口上正確互操作所需的應(yīng)用級數(shù)據(jù)。E1設(shè)置由gNB-CU-UP和gNB-CU-CP發(fā)起。(3)gNB-CU-UP配置更新和gNB-CU-CP配置更新功能：允許更新gNB-CU-CP和gNB-CU-UP之間所需的應(yīng)用級配置數(shù)據(jù)，以通過E1接口正確地互操作。(4)E1設(shè)置和gNB-CU-UP配置更新功能：允許通過E1接口通知gNB-CU-UP支持的NRCGI(CellGlobalIdentifier，5G全球小區(qū)識(shí)別碼)、S-NSSAI(SingleNetworkSliceSelectionAssistanceInformation，網(wǎng)絡(luò)切片選擇輔助信息)、PLMN-ID(公共陸地移動(dòng)網(wǎng)標(biāo)識(shí))和QoS信息。(5)E1設(shè)置和gNB-CU-UP配置更新功能：允許gNB-CU-UP向gNB-CU-CP發(fā)送其容量信息。(6)E1gNB-CU-UP狀態(tài)指示功能：允許通過E1接口通知過載或非過載狀態(tài)。2)E1承載上下文管理功能(1)設(shè)置和修改QoS流到DRB(DataRadioBearer，數(shù)據(jù)無線承載)映射配置；(2)gNB-CU-UP向gNB-CU-CP通知DL數(shù)據(jù)到達(dá)檢測的事件；(3)gNB-CU-UP通知gNB-CU-CP在默認(rèn)DRB處第一次接收到UL分組數(shù)據(jù)時(shí)，其中尚未完成流映射的需要封裝在SDAP報(bào)頭中的QFI(QoSFlowID，5GQoS流標(biāo)識(shí))信息；(4)gNB-CU-UP監(jiān)視用戶狀態(tài)，如果用戶當(dāng)前錨定的gNB-CU-CP處于不活動(dòng)狀態(tài)，則gNB-CU-UP通知用戶并可以重新激活用戶到新的gNB-CU-CP；(5)gNB-CU-UP向gNB-CU-CP報(bào)告數(shù)據(jù)量；(6)gNB-CU-CP可以通知暫停和恢復(fù)到gNB-CU-UP的承載上下文；(7)允許支持基于CA(CarrierAggregation，載波聚合)的分組復(fù)制。3)TEID(TunnelEndpointIdentifier，隧道終結(jié)點(diǎn)標(biāo)識(shí))分配功能(1)gNB-CU-UP負(fù)責(zé)為每個(gè)數(shù)據(jù)無線承載分配F1-UULGTPTEID(F1接口用戶面上行隧道終結(jié)點(diǎn)標(biāo)識(shí))；(2)gNB-CU-UP負(fù)責(zé)為每個(gè)PDU會(huì)話分配每個(gè)E-RAB(EvolvedRadioAccessBearer，演進(jìn)的無線接入承載)的S1-UDLGTPTEID(S1接口用戶面下行隧道終結(jié)點(diǎn)標(biāo)識(shí))和NG-UDLGTPTEID(NG接口用戶面下行隧道終結(jié)點(diǎn)標(biāo)識(shí))；(3)gNB-CU-UP負(fù)責(zé)為每個(gè)數(shù)據(jù)無線承載分配X2-UDL/ULGTPTEID(X2接口用戶面下行/上行隧道終結(jié)點(diǎn)標(biāo)識(shí))或Xn-UDL/ULGTPTEID(Xn接口用戶面下行/上行隧道終結(jié)點(diǎn)標(biāo)識(shí))。5G無線接入網(wǎng)和接口協(xié)議4.3無線協(xié)議架構(gòu)4

NR無線協(xié)議棧分為兩個(gè)平面：用戶面和控制面。用戶面(UserPlane，UP)協(xié)議棧即用戶數(shù)據(jù)傳輸采用的協(xié)議簇，控制面(ControlPlane，CP)協(xié)議棧即系統(tǒng)的控制信令傳輸采用的協(xié)議簇。如圖4-9所示。圖4-9協(xié)議?？刂泼婧陀脩裘鏀?shù)據(jù)流向圖在圖4-9中，虛線標(biāo)注的是信令數(shù)據(jù)的流向。一個(gè)UE在發(fā)起業(yè)務(wù)之前，首先要和核心網(wǎng)AMF建立信令連接，因此控制面的信令流程總是要先于用戶面的數(shù)據(jù)流程。UE經(jīng)過認(rèn)證、授權(quán)和加密等非接入層信令處理后，通過RRC信令和gNB建立無線信令連接；信令數(shù)據(jù)經(jīng)過PDCP封裝、RLC封裝，經(jīng)過MAC層、PHY層處理后，通過Uu空中接口發(fā)送到gNB；gNB經(jīng)過和一個(gè)UE相同的逆向處理過程后，發(fā)給NGAP；封裝成SCTP信令后，通過NG-C接口發(fā)給AMF；AMF物理層接收到數(shù)據(jù)后，經(jīng)過SCTP的解封裝、NGAP解封裝，轉(zhuǎn)換為5G的非接入層信令被AMF處理。

NR用戶面和控制面協(xié)議棧稍有不同，NR控制面協(xié)議棧與LTE控制面協(xié)議棧一致，用戶面協(xié)議棧相比LTE用戶面協(xié)議棧在PDCP層之上增加了一個(gè)SDAP層。一個(gè)UE通過APP發(fā)起業(yè)務(wù)，首先經(jīng)過SDAP協(xié)議封裝，在經(jīng)過PCDP封裝和RLC封裝后，經(jīng)過MAC層、PHY層處理后，通過Uu接口發(fā)送到gNB；gNB經(jīng)過和一個(gè)UE相同的逆向處理過程后，經(jīng)過GTPU和UDP封裝后，通過NG-U接口發(fā)給UPF；UPF接收數(shù)據(jù)后，經(jīng)過UDP、GTPU的解封裝，最終被UPF處理。下面詳細(xì)介紹如下：1．用戶面協(xié)議棧用戶面協(xié)議棧如圖4-10所示。圖4-10用戶面協(xié)議架構(gòu)用戶面協(xié)議從上到下依次是：·SDAP層：ServiceDataAdaptationProtocol，服務(wù)數(shù)據(jù)適配協(xié)議層；·PDCP層：PacketDataConvergenceProtocol，分組數(shù)據(jù)匯聚協(xié)議層；·RLC層：RadioLinkControl，無線鏈路控制層；·MAC層：MediumAccessControl，介質(zhì)訪問控制層；·PHY層：Physical，物理層。從用戶面來看，5GNR增加了一個(gè)新的SDAP(服務(wù)數(shù)據(jù)適配協(xié)議)，其他結(jié)構(gòu)與LTE完全相同。增加SDAP的目的非常明確，因?yàn)?G網(wǎng)絡(luò)中無線側(cè)依然沿用4G網(wǎng)絡(luò)中的無線承載的概念，但5G中的核心網(wǎng)為了更加精細(xì)化業(yè)務(wù)實(shí)現(xiàn)，其基本的業(yè)務(wù)通道從4G時(shí)代的Bearer(承載)的概念細(xì)化到以QoSFlow(服務(wù)質(zhì)量流)為基本業(yè)務(wù)傳輸單位。因此，在無線側(cè)的承載DRB就需要與5GC中的QoSFlow進(jìn)行映射，這便是SDAP協(xié)議棧的主要功能。SDAP子層是通過RRC信令來配置的，SDAP子層負(fù)責(zé)將QoSFlow映射到對應(yīng)的DRB上。一個(gè)或者多個(gè)QoSFlow可以映射到同一個(gè)DRB上，而且一個(gè)QoSFlow只能映射到一個(gè)DRB上。2．控制面協(xié)議棧控制面協(xié)議棧如圖4-11所示。圖4-11控制面協(xié)議架構(gòu)NR控制面協(xié)議幾乎與LTE協(xié)議棧一模一樣，從上到下依次為：·NAS層：Non-AccessStratum，非接入層；·RRC層：RadioResourceControl，無線資源控制層；·PDCP層：PacketDataConvergenceProtocol，分組數(shù)據(jù)匯聚協(xié)議層；·RLC層：RadioLinkControl，無線鏈路控制層；·MAC層：MediumAccessControl，介質(zhì)訪問控制層；·PHY層：Physical，物理層。UE所有的協(xié)議棧都位于UE內(nèi)，而在網(wǎng)絡(luò)側(cè)，NAS層不位于基站gNB上，而是在核心網(wǎng)的AMF實(shí)體上?？刂泼鎱f(xié)議棧不包含SDAP層。5G無線接入網(wǎng)和接口協(xié)議4.4無線接入架構(gòu)中的幾個(gè)典型流程4本節(jié)重點(diǎn)介紹5G中與4G有所區(qū)別的幾個(gè)流程:F1啟動(dòng)和小區(qū)激活流程、Inter-gNB-DU移動(dòng)性、在F1-U上設(shè)置承載上下文流程、gNB-CU-CP發(fā)起的承載上下文釋放流程、涉及gNB-CU-UP改變的gNB間切換流程。1．F1啟動(dòng)和小區(qū)激活流程F1接口是gNB-DU和gNB-CU之間的接口，兩者之間的數(shù)據(jù)交互首先要允許在gNB-DU和gNB-CU之間設(shè)置F1接口，并允許激活gNB-DU小區(qū)。這個(gè)流程如圖4-12所示。圖4-12F1啟動(dòng)和小區(qū)激活流程流程說明如下：(1)gNB-DU及其小區(qū)由OAM(Operation、Administration、Maintenance，操作、管理和維護(hù))在F1預(yù)運(yùn)行狀態(tài)下配置。gNB-DU向gNB-CU發(fā)起TNL(傳輸網(wǎng)絡(luò)層)連接。(2)gNB-DU向gNB-CU發(fā)送F1建立請求消息，該消息包括配置并準(zhǔn)備好被激活的小區(qū)列表。(3)在NG-RAN中，gNB-CU確保了與核心網(wǎng)絡(luò)的連接。出于這個(gè)原因，gNB-CU可以向5GC發(fā)起NG建立或gNB配置更新過程。(4)gNB-CU向gNB-DU發(fā)送F1建立響應(yīng)消息，該消息可選地包括要激活的小區(qū)列表。如果gNB-DU成功激活小區(qū)，則小區(qū)變得可操作。如果gNB-DU未能激活一些(一個(gè)或多個(gè))小區(qū)，則gNB-DU可以向gNB-CU發(fā)起gNB-DU配置更新過程。gNB-DU在gNB-DU配置更新消息中包括活動(dòng)的小區(qū)(即gNB-DU能夠?yàn)槠浞?wù)的小區(qū))。gNB-DU還可以指示刪除未能激活的小區(qū)，在這種情況下，gNB-CU移除相應(yīng)的小區(qū)信息。(5)gNB-CU可以向gNB-DU發(fā)送gNB-CU配置更新消息，例如在使用F1建立響應(yīng)消息時(shí)未激活這些小區(qū)的情況下，gNB-CU可以向gNB-DU發(fā)送要激活的小區(qū)的列表信息。(6)gNB-DU回復(fù)gNB-DU配置更新確認(rèn)消息，這些消息中包括未能被激活的小區(qū)列表。(7)gNB-CU可以向鄰居NG-RAN節(jié)點(diǎn)發(fā)起Xn建立或者向鄰居eNB發(fā)起EN-DC(NSA組網(wǎng)選項(xiàng)3，請參考第7章)X2建立過程。注意：如果F1設(shè)置響應(yīng)不用于激活任何小區(qū)，則可以在流程(3)之后執(zhí)行流程(2)。在gNB-CU和gNB-DU對之間的F1接口上，可能存在以下兩種小區(qū)狀態(tài)：·非活動(dòng)：gNB-DU和gNB-CU都知道小區(qū)，小區(qū)不應(yīng)為UE服務(wù)；·活動(dòng)有效：gNB-DU和gNB-CU都知道小區(qū)，小區(qū)應(yīng)該能夠?yàn)閁E服務(wù)。gNB-CU決定小區(qū)狀態(tài)是非活動(dòng)還是活動(dòng)。gNB-CU可以使用F1建立響應(yīng)，gNB-DU配置更新確認(rèn)或gNB-CU配置更新消息來請求gNB-DU改變小區(qū)狀態(tài)。gNB-DU可以使用gNB-DU配置更新或gNB-CU配置更新確認(rèn)消息來確認(rèn)(或拒絕)改變小區(qū)狀態(tài)的請求。2．Inter-gNB-DU移動(dòng)性一個(gè)gNB-CU控制管理若干個(gè)gNB-DU，如果UE從一個(gè)gNB-DU移動(dòng)到同一gNB-CU內(nèi)的另一個(gè)gNB-DU，則業(yè)務(wù)的用戶面發(fā)生了變化，這時(shí)就會(huì)啟動(dòng)inter-gNB-DU流程，即gNB內(nèi)部DU切換流程。圖4-13顯示了NR內(nèi)的gNB-DU移動(dòng)過程。圖4-13NR內(nèi)的gNB-DU移動(dòng)過程流程說明如下：(1)UE向源gNB-DU發(fā)送測量報(bào)告消息。(2)源gNB-DU向gNB-CU發(fā)送上行鏈路RRC傳輸消息以傳達(dá)所接收的測量報(bào)告。(3)gNB-CU向目標(biāo)gNB-DU發(fā)送UE上下文建立請求消息以創(chuàng)建UE上下文并設(shè)置一個(gè)或多個(gè)承載。(4)目標(biāo)gNB-DU利用UE上下文建立響應(yīng)消息來響應(yīng)gNB-CU。(5)gNB-CU向源gNB-DU發(fā)送UE上下文修改請求消息，包括生成的RRCConnectionReconfiguration(RRC連接重配)消息，并指示停止UE的數(shù)據(jù)傳輸。源gNB-DU還發(fā)送下行鏈路數(shù)據(jù)傳遞狀態(tài)幀(消息)以向gNB-CU通知UE未成功傳輸?shù)南滦墟溌窋?shù)據(jù)。(6)源gNB-DU將接收到的RRCConnectionReconfiguration消息轉(zhuǎn)發(fā)給UE。(7)源gNB-DU利用UE上下文修改響應(yīng)消息來響應(yīng)gNB-CU。(8)在目標(biāo)gNB-DU處執(zhí)行隨機(jī)接入過程。目標(biāo)gNB-DU發(fā)送下行鏈路數(shù)據(jù)傳遞狀態(tài)幀(消息)以通知gNB-CU。那些未在源gNB-DU中成功發(fā)送的PDCPPDU的下行鏈路分組數(shù)據(jù)從gNB-CU發(fā)送到目標(biāo)gNB-DU；在接收下行鏈路數(shù)據(jù)傳遞狀態(tài)之前或之后，開始向目標(biāo)gNB-DU發(fā)送DL用戶數(shù)據(jù)取決于gNB-CU實(shí)現(xiàn)。(9)UE利用RRCConnectionReconfigurationComplete(RRC連接重配完成)消息來響應(yīng)目標(biāo)gNB-DU。(10)目標(biāo)gNB-DU向gNB-CU發(fā)送上行鏈路RRC傳輸消息以傳達(dá)所接收的RRCConnectionReconfigurationComplete消息。下行鏈路分組被發(fā)送到UE。此外，從UE發(fā)送上行鏈路分組并通過目標(biāo)gNB-DU轉(zhuǎn)發(fā)到gNB-CU。(11)gNB-CU向源gNB-DU發(fā)送UE上下文釋放命令消息。(12)源NB-DU釋放UE上下文并且用UE上下文釋放完成消息來響應(yīng)gNB-CU。3．在F1-U上設(shè)置承載上下文流程由于gNB引入了F1接口，因此gNB業(yè)務(wù)的基礎(chǔ)是通過F1-U接口在gNB-CU-UP中建立承載上下文，這樣就可以在gNB-CU-UP和gNB-DU之間發(fā)起上下行數(shù)據(jù)傳送的過程，如圖4-14所示。圖4-14在F1-U上設(shè)置承載上下文流程流程說明如下：(1)在gB-CU-CP中觸發(fā)承載上下文設(shè)置(例如，在來自MeNB(LTE基站為錨定基站或者主基站)的SgNB(gNB為輔基站)添加請求之后)。(2)gNB-CU-CP發(fā)送包含用于S1-U或NG-U的ULTNL地址信息的承載上下文建立請求消息，并且如果需要，發(fā)送用于X2-U或Xn-U的DL或ULTNL地址信息以在gNB-CU-UP中建立承載上下文。對于NG-RAN，gNB-CU-CP決定流到DRB的映射，并將生成的SDAP和PDCP配置發(fā)送到NB-CU-UP。(3)gNB-CU-UP以BearerContextSetupResponse(承載上下文建立響應(yīng))消息響應(yīng)，該消息包含F(xiàn)1-U的ULTNL地址信息，以及S1-U或NG-U的DLTNL地址信息，如果需要，還包含DL或TNL地址信息。(4)為在gNB-DU中設(shè)置一個(gè)或多個(gè)承載，執(zhí)行F1UE上下文設(shè)置過程。(5)gNB-CU-CP發(fā)送包含用于F1-U和PDCP狀態(tài)的DLTNL地址信息的BearerContextModificationRequest(承載上下文修改請求)消息。(6)gNB-CU-UP以BearerContextModificationResponse(承載上下文修改響應(yīng))消息響應(yīng)。4．gNB-CU-CP發(fā)起的承載上下文釋放流程當(dāng)gNB結(jié)束業(yè)務(wù)時(shí)，需要釋放gNB-CU-CP發(fā)起的gNB-CU-UP中的承載上下文，以結(jié)束gNB-CU-UP和gNB-DU之間上下行數(shù)據(jù)傳送的過程，如圖4-15所示。圖4-15gNB-CU-CP發(fā)起的承載上下文釋放流程流程說明如下：(1)在gNB-CU-CP中觸