4.2 5G无线接入网接口协议和功能 (1)课件讲解

第五代移动通信技术讲师亢建华CONTENTS

5G无线接入网和接口协议5G无线接入网整体架构和节点接口协议和功能无线协议架构无线接入架构中的几个典型流程第四章5G无线接入网和接口协议4.2接口协议和功能4核桃AI

NG-RAN接口主要包括RAN和5G核心网之间的NG接口，NG-RAN节点(gNB或ng-eNB)之间的Xn接口，NG-RAN内部gNB的CU和DU功能实体之间互联的F1接口，NG-RAN内部的gNB-CU-CP和gNB-CU-UP之间的点对点逻辑接口E1。gNB的NG、Xn、F1三个接口都可以在逻辑上分为控制面(-C)和用户面(-U)两部分，如图4-4所示。5GUE和NG-RAN之间的接口名字仍然沿用了Uu的名称，功能也和LTEUu接口类似，在此不再赘述。图4-4gNB逻辑节点和接口4.2.1NG接口

NG接口是一个逻辑接口，规范了NG-RAN节点与不同制造商提供的核心网AMF(AccessMobilityFunction，接入和移动管理功能)节点和UPF(UserPlaneFunction，用户平面功能)节点的互连，同时分离NG接口无线网络功能和传输网络功能。NG接口分为NG-C接口(控制面接口)和NG-U接口(用户面接口)两部分。从任何一个NG-RAN节点向5GC连接可能存在多个NG-C逻辑接口，然后通过NAS(Non-AccessStratum，非接入层)节点选择功能确定NG-C接口。从任何一个NG-RAN节点向5GC连接也可能存在多个NG-U逻辑接口。NG-U接口的选择在5GC内完成，并由AMF发信号通知NG-RAN节点。1．NG-UNG用户面接口(NG-U)在NG-RAN节点和UPF之间定义。NG接口的用户面协议栈如图4-5所示。传输网络层建立在IP传输层之上，GTP-U用于UDP/IP之上，以承载NG-RAN节点和UPF之间的用户面PDU(ProtocolDataUnit，协议数据单元)数据。2．NG-CNG控制面接口NG-C在NG-RAN节点和AMF之间定义。NG接口的控制面协议栈如图4-6所示。传输网络层建立在IP传输层之上，为了可靠地传输信令消息，在IP之上添加了SCTP(StreamControlTransmissionProtocol，流控制传输协议)，提供有保证的应用层消息传递。应用层信令协议称为NGAP(NGApplicationProtocol，NG应用协议)。在传输中，IP层点对点传输用于传递信令PDU。图4-5NG-U协议栈

图4-6NG-C协议栈

3．NG接口功能NG-C提供以下主要功能：1)寻呼功能寻呼功能支持向寻呼区域中涉及的NG-RAN节点发送寻呼请求消息，例如UE注册的TAC(TraceAreaCode，跟踪区域码)所属的NG-RAN节点。2)

UE上下文管理功能UE上下文管理功能允许AMF在AMF和NG-RAN节点中建立、修改或释放UE上下文。3)移动性管理功能移动性管理功能包括用于支持NG-RAN内的移动性的系统内切换功能和用于支持来自或到EPS系统的移动性的系统间切换功能。它包括通过NG接口准备、执行和完成切换。4)

PDU会话管理功能一旦UE上下文在NG-RAN节点中可用，PDU会话功能负责建立、修改和释放所涉及的PDU会话NGRAN资源，以用于用户数据传输。NGAP支持AMF对PDU会话相关信息的透明中继。5)

NAS传输功能NAS传输功能通过NG接口传输NAS消息，或者重新路由特定UE的NAS消息(例如用于NAS移动性管理)。6)

NAS节点选择功能5G架构支持NG-RAN节点与多个AMF的互连。因此，NAS节点选择功能位于NG-RAN节点中，以基于UE的临时标识符确定UE的AMF关联，该临时标识符由AMF分配给UE。当UE的临时标识符尚未被分配或不再有效时，NG-RAN节点可以改为按照切片信息以确定AMF。此功能位于NG-RAN节点中，可通过NG接口进行正确路由。在NG接口上，没有特定的过程对应NAS节点选择功能。7)NG接口管理功能NG接口管理功能提供对自身接口的管理，包括以下两种：定义NG接口操作的开始或者重置；实现不同版本的应用流程，如果出现错误则发送错误指示。8)警告信息传输功能警告消息传输功能提供通过NG接口传输警告消息或者根据需求取消正在广播的警告消息的功能。9)配置传输功能配置传输功能是一种通用机制，允许通过核心网络在两个RAN节点之间请求和传输RAN配置信息，例如请求和传输SON(自组网)的信息。10)跟踪功能跟踪功能提供了控制NG-RAN节点中跟踪会话的方法。11)AMF管理功能AMF管理功能支持AMF删除和AMF自动恢复。12)多个TNL关联支持功能当NG-RAN节点和AMF之间存在多个(TNLTransportNetworkLayer，传输网络层)关联时，NG-RAN节点基于从AMF接收的每个TNL关联的使用和权重因子来选择用于NGAP信令的TNL关联。如果AMF释放TNL关联，则NG-RAN节点会选择规范中规定的新节点。13)AMF负载平衡功能NG接口支持根据多个NG-RAN节点的相对容量选择接入的AMF，以便在池区域内实现AMF负载均衡。14)位置报告功能位置报告功能使AMF能够请求NG-RAN节点报告UE的当前位置，或者在不能确定当前UE位置的情况下，报告UE的最后已知位置以及时间戳信息。15)AMF重新分配功能AMF重新分配功能允许将NG-RAN节点发出的初始连接请求从初始AMF重定向到由5GC选择的目标AMF。在这种情况下，NG-RAN节点在一个新的NG接口实例上发起UE初始化消息过程，并且在接收到第一个下行链路消息后通过原先的NG接口实例关闭UE原先的逻辑连接。4.2.2Xn接口

Xn接口是NG-RAN节点(gNB或ng-eNB)之间的网络接口，分为Xn-U接口(用户面接口)和Xn-C接口(控制面接口)两部分。Xn接口的规范原则如下：(1)Xn接口是开放的；(2)Xn接口支持两个NG-RAN节点之间的信令信息交换，以及PDU到各个隧道端点的数据转发。从逻辑角度来看，Xn是两个NG-RAN节点之间的点对点接口。即使在两个NG-RAN节点之间没有物理直接连接的情况下，点对点逻辑接口也应该是可行的。1．Xn-UXn用户面Xn-U接口在两个NG-RAN节点之间定义，协议栈如图4-7所示。传输网络层建立在IP网络层之上，GTP-U用于UDP/IP之上以承载用户面PDU。Xn-U提供无保证的用户面PDU传送，并支持以下功能：(1)数据转发功能：允许NG-RAN节点间数据转发从而支持双连接和移动性操作；(2)流控制功能：允许NG-RAN节点接收第二个节点的用户面数据从而控制数据流向。2．Xn-CXn控制面接口(Xn-C)在两个NG-RAN节点之间定义，协议栈如图4-8所示。传输网络层建立在IP网络层之上的SCTP上。应用层信令协议称为XnAP(XnApplicationProtocol，Xn应用协议)。SCTP层提供有保证的应用层消息传递。在网络IP层中，点对点传输用于传递信令PDU。图4-7Xn-U协议栈

图4-8Xn-C协议栈Xn-C接口支持以下功能：(1)通过Xn-C接口提供可靠的XnAP消息传输；(2)提供网络和路由功能；(3)在信令网络中提供冗余；(4)支持流量控制和拥塞控制；(5)Xn-C接口管理和差错处理功能，包括Xn建立、差错指示、Xn重置、Xn配置数据更新、Xn移除等功能；(6)UE移动管理功能，包括切换准备、切换取消、恢复UE上下文、RAN寻呼、数据转发控制等功能；(7)双连接功能，激活NG-RAN中辅助节点资源的使用。4.2.3F1接口

1．F1接口概述F1接口定义为NG-RAN内部的gNB的CU和DU功能实体之间互连的接口，或者与E-UTRAN内的en-gNB(经过升级支持5G的4G基站)之间的CU和DU部分的互连接口。F1接口规范的目的是实现由不同制造商提供的gNB-CU和gNB-DU之间进行互连。F1接口规范的一般原则如下：(1)F1接口是开放的；(2)F1接口支持端点之间的信令信息交换，此外接口支持向各个端点的数据传输；(3)从逻辑角度来看，F1是端点之间的点对点接口，即使在端点之间没有物理直接连接的情况下，点对点逻辑接口也应该是可行的；(4)F1接口支持控制平面和用户平面分离；(5)F1接口分离无线网络层和传输网络层；(6)F1接口可以交换UE相关信息和非UE相关信息。2．F1接口功能1)F1-C接口功能(1)F1接口管理功能：包括差错指示、重置、F1建立(gNB-DU发起F1建立)、配置更新等功能(允许gNB-CU和gNB-DU间应用层配置数据更新，激活/去激活小区)。(2)系统信息管理功能：系统广播信息的调度在gNB-DU执行，gNB-DU根据获得的调度参数传输系统消息；gNB-DU负责NR-MIB(MasterInformationBlock，主系统信息块)编码，若需要广播SIB1(SystemInformationBlocks，系统信息块)和其他SI(SystemInformation)消息，gNB-DU负责SIB1编码，gNB-CU负责其他SI消息的编码。(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消息转发功能：允许gNB-CU与gNB-DU间RRC消息转发，gNB-CU负责使用gNB-DU提供的辅助信息对专用RRC消息编码。2)F1-U接口功能(1)数据转发功能：允许NG-RAN节点间数据转发，从而支持双连接和移动性操作；(2)流控制功能：允许NG-RAN节点接收第二个节点的用户面数据，从而提供数据流相关的反馈信息。4.2.4E1接口

1．E1接口概述E1接口定义为NG-RAN内部的gNB-CU-CP和gNB-CU-UP之间的点对点接口，它是逻辑接口。E1接口规范的一般原则如下：(1)E1接口是开放的；(2)E1接口支持端点之间信令信息的交换；(3)从逻辑角度来看，E1是gNB-CU-CP和gNB-CU-UP之间的点对点接口，即使在端点之间有物理直接连接的情况下，点对点逻辑接口也应该是可行的；(4)E1接口分离无线网络层和传输网络层；(5)E1接口可以交换UE相关信息和非UE相关信息；(6)E1接口是开放性的，可满足不同的新要求，支持新服务和新功能，但E1接口是控制接口，不能用于用户数据转发。2．E1接口功能E1接口提供用于在NG-RAN内互连gNB-CU-CP和gNB-CU-UP，或用于互连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)错误指示功能：由gNB-CU-UP或gNB-CU-CP使用该功能向gNB-CU-CP或gNB-CU-UP指示已发生错误，并可以通过重置节点来解决错误。重置节点功能用于在节点设置后和故障事件发生后初始化对等实体。该功能可以由gNB-CU-UP和gNB-CU-CP使用。(2)E1设置功能：允许交换gNB-CU-UP和gNB-CU-CP在E1接口上正确互操作所需的应用级数据。E1设置由gNB-CU-UP和gNB-CU-CP发起。(3)gNB-CU-UP配置更新和gNB-CU-CP配置更新功能：允许更新gNB-CU-CP和gNB-CU-UP之间所需的应用级配置数据，以通过E1接口正确地互操作。(4)E1设置和gNB-CU-UP配置更新功能：允许通过E1接口通知gNB-CU-UP支持的NRCGI(CellGlobalIdentifier，5G全球小区识别码)、S-NSSAI(SingleNetworkSliceSelectionAssistanceInformation，网络切片选择辅助信息)、PLMN-ID(公共陆地移动网标识)和QoS信息。(5)E1设置和gNB-CU-UP配置更新功能：允许gNB-CU-UP向gNB-CU-CP发送其容量信息。(6)E1gNB-CU-UP状态指示功能：允许通过E1接口通知过载或非过载状态。2)E1承载上下文管理功能(1)设置和修改QoS流到DRB(DataRadioBearer，数据无线承载)映射配置；(2)gNB-CU-UP向gNB-CU-CP通知DL数据到达检测的事件；(3)gNB-CU-UP通知gNB-CU-CP在默认DRB处第一次接收到UL