5G无线接入网和接口协议

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 Plane，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。

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？？？

SCTP（Stream 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。

NGAP（Next Generation Application Protocol）是指5G核心网中的下一代应用层协议。它主要用于EPC（Evolved 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-RAN，gNB-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。

4．gNB-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。