互动式LTE网络架构应用设计

引 言

随着经济不断发展，通信技术正逐渐成为增长的主动力， 是推动第三次、第四次工业革命的核心基础。它不仅掌握着信息社会的命脉，更是国家发展的新机遇和经济增长点。随着 4G 牌照的发放，需要大量的LTE 专业人才，但是目前高素质专业人才严重匮乏，主要是由于高校着重理论教学，缺乏实践造成的。因此需要把握市场人才需求与人才培养的关系， 创新培养方式，建立健全的实践教学环节，培养既懂理论又懂技术的通信专业人才。

Android 系统的底层建立在 Linux 系统之上，由操作系统、 中间件、用户界面和应用软件 4 层组成 [1]，采用软件叠层方式 进行构建。Android 目前的市场份额已经突破 80%，并且市场 份额还在不断增长 [2,3]。

本文针对当前高校通信专业学生培养方式的不足之处， 基于 Android 平台，以 TD-LTE 网络架构为理论基础，开发设 计了互动式 LTE 网络架构的学习系统，通过较短时间迅速提 升学生的专业技能。

 1 系统原理介绍

 LTE 是继第三代移动通信之后国际上主流的新一代移 动通信标准，TD-LTE 是时分双工模式的 LTE 系统，是 TD- SCDMA 的后续演进技术与标准，LTE 的网络架构主要分 为两部分，包括演进后的核心网 EPC 和演进后的接入网 E-UTRAN。系统架构如图 1 所示 [4]。

 LTE 网路架构由演进后的核心网（MME/S-GW）和演进 后的接入网（eNode B）组成。MME 为信令实体，负责移动 性管理、承载管理、用户的鉴权认证，S-GW 主要作用为数据 包的转发。eNode B 提供由接入网到 UE 的 E-UTRA 控制平 面与用户平面的协议终止点。eNode B 与 EPC 之间通过 S1 接 口连接，eNOde B 之间通过 X2 接口连接。S1 接口支持多对多 的链接方式，X2 接口存在于源 eNOde B 与目标 eNode B 之间。 TD-LTE 中网络架构节点数量减少，网络架构趋于扁平化，有 利于降低数据传输时延，带来 OPEX 与 CAPEX 的降低息 [5,6]。

S1 接口分为控制平面和用户平面，控制平面有物理层、数据链路层、IP 层和 SCTP 层。为了保证信息传输的可靠性， 减少额外延时，采用SCTP。在两个信令节点间提供消息即无重复的可靠信令传输，也支持顺序传递、网络级容错、避免拥塞、避免遭受泛播和匿名攻击等功能。用户平面由物理层、数据链路层、IP 层、UDP 层和 GTP-U 组成。GTP-U 基于IPv4/UDP 或IPv6/UDP 进行传输，GTP-U 头包含协议版本、消息类型和长度信息[7]。

X2 是 eNode B 与 eNode B 之间的接口。X2 接口采用了与S1 接口相投的原则，主要功能为ECM_Connected 状态UE 的LTE 接入系统内移动性，主要体现在允许 eNode B 当前控制的UE 切换到另一个 eNOde B，负载管理功能允许在eNOde B 之间交换过载和业务负载信息，从而使eNode B 能够适时的控制业务负载。eNode B 之间允许协调干扰，通过交互分配无线资源，使得相互干扰最小[8]。

本文将主要针对 LTE 网络架构中的组成部 分， 在Android 平台中进行互动式展示与讲解。将枯燥的理论知识通过Android 中的各个控件、动画组合起来，并以游戏的形式将抽象、复杂的理论知识，简单、形象、生动地展现给用户，增加学生的学习兴趣，并添加了测评系统，能够及时对所学知识加以巩固。

2 应用程序设计与实现

应用程序架构如图 2 所示，由主窗口、展示模块，互动式游戏模块，考试模块与帮助模块组成。主窗口为应用程序的入口，通过单击进入相应的模块后能够完成相应操作。

本系统主要介绍 LTE 网络架构的组成，S1 与X2 接口的相关功能。每个模块根据不同的知识点，分步骤演示对应的协议内容，以及在实际中的工作流程。

TD-LTE 网络架构由核心网（MME/S-GW）与演进后的接入网组成（eNode B）。将组成结构通过图文的形式展现，如图 3 所示。

S1 接口包括 E-RAB 管理功能、上下文管理功能、切换信令功能、寻呼以及NAS 传输等功能。将这些功能的实现过程通过Android 中的逐帧动画功能，形象生动的演示出来，方便读者理解与学习。

X2 接口的建立过程为用来交换两个 eNode B 所需的应用层数据。首先eNode B 发送建立X2 接口的请求消息到候选的eNode B，候选 eNode B 回复 X2 建立响应消息 。而后，源eNode B 将其所在服务的小区列表发送给候选 eNode B，候选eNode B 返回自己所服务的小区列表。后进行 eNode B 的配置更新，此建立的过程通过Android 的相关组件以及动画展现[9]， 如图 4 所示。

S1 接口与X2 接口有很多重要的功能，为了能够生动、形象地完成功能介绍，本设计采用贪吃蛇的游戏，将各个功能通过果实的形式表现出来，不同颜色的果实代表着不同的功能。当蛇触碰到果实后，通过对话框形式告诉给使用者该接口的相应功能，方便有趣地帮助使用者学习LTE 网络架构。

再设计能够通过软件自带的测试系统，对自己的学习进行自测，进一步加强和深入记忆 LTE 网络架构中的相应知识点，如图 5 所示。

结 语

本系统以TD-LTE 网络架构为知识背景，在 Android 平台中，将抽象的技术理论、协议规范，形象生动的展示，实现能够在手机上学习，在趣味中学习，帮助LTE 理论学习人员提高学习效率。本设计只是在高效学习方法上的初步探索， 在实际应用中还需进一步改进。