浅析基于LTE无线网络的信息处理技术在城市轨道交通行业的应用-开题报告

（一）LTE技术

随着进20年内移动通信技术的不断成熟和发展，人们在生活中对无线通的依赖越来越强，也对无线通信技术的发展提出了越来越多分要求。虽然3G网络的无线性能已经得到了较大的提高，但由于知识产权的制约，应对市场的挑战和满足用户需求等领域尚存诸多挑战。使得迫切需要诞生传输速率更快、时间更短、频带更宽以及运营成本更少的网络。

LTE项目是2004年3GPP启动的最大的新技术研发项目，始于2004年3GGP的多伦多会议。它改进并增强了3G的空间接入技术，采用了OFDM、MIMO等技术，在20MHz频谱带宽下能提供下行100Mbit/s与上行50Mbit/s的峰值速率。改善了小区边缘用户的性能，提高小区容量并降低系统延迟。

在我国LTE形成的TD-LTE（即TDD-LTE）标准，依托我国TD技术、产业积累和市场规模，以及3GPP巨大的技术、产业优势，之现存的无线频谱越来越少的情况下以其在上下行频谱分配上的灵活性，吸引众多移动运营商的关注，使其有望成为一个在国际上有较强竞争力的宽带移动标准。

（二）LTE技术在城市轨道交通行业的应用

某市地铁4号线乘客信息系统（PIS）是依托多媒体网络技术，以计算机系统为核心，通过设置在站厅、站台、出入口、列车客室的显示终端，让乘客及时准确地了解列车运营信息和公共媒体信息的多媒体综合信息系统。其中列车通过TD-LTE车地无线系统为PIS提供车地无线传输通道，以传输从地面和列车之间的各种数据信息、视频信息和列车控制信息。由于城市轨道交通对乘客的安全息息相关，一个安全可靠的网络尤为重要。作为数据业务的控制节点，核心网设备实现对整个无线网络基站设备、终端的认证管理、加密管理、入侵检测、UE ID 的分配、安全性、鉴权和切换、漫游控制、用户数据业务管理、路由等功能，核心网在分线中心与PIS系统对接。

核心网提供如下业务功能： 

移动性管理

作为移动网络的最基础功能之一，移动性管理为用户提供移动过程中的业务连续性。移动性管理涉及用户连接的移动相关特性，包括鉴权、S1连接管理、寻呼和跟踪区更新等。

安全管理

安全功能包括对接入TD-LTE网络用户通过AKA方式进行鉴权，在鉴权成功后允许用户接入网络，获得网络服务，并提供后续通信安全功能，包括：NAS消息加密和NAS消息完整性保护。

用户签约数据管理

提供灵活的用户数据管理能力，支持TD-LTE签约模板，提供用户批量放号和零散用户单独放号。

会话管理

会话管理用于用户在LTE/EPC网络IP数据连接通道的管理，包括APN对应的PDN网络EPS承载的建立、删除等。会话管理是LTE/EPC网络基础功能之一。

基于IMSI段的区域限制

核心网支持基于IMSI段的区域限制功能。IMSI段可以用来区分不同的TD-LTE用户类型。

通过该功能可以根据需要限制不同类型的TD-LTE终端仅可以从某些特定的跟踪区接入网络。

基于IMSI段的EPLMN列表

核心网提供基于IMSI段配置EPLMN列表，并支持根据用户的IMSI段发送对应的EPLMN列表。EPLMN功能可以允许终端用户在归属的PLMN外，选择EPLMN网络接入。

最大可以16个不同的IMSI段，每个IMSI段最多可以配置15个EPLMN。

IP路由

连接eNodeB的S1接口和连接PDN网络的SGi接口基于IP协议，需要通过IP路由功能正确转发逻辑接口上的IP报文。核心网产品支持IP静态路由和IP动态路由协议，组网灵活。

TD-LTE用户IP地址管理

IP地址管理指接入TD-LTE网络用户的IP地址的动态管理，包括用户在附着或者请求PDN连接时给用户分配对应PDN的IP地址以及用户去附着或者删除PDN连接时回收事前分配给用户的IP地址。

目前支持如下IP地址分配方式：

通过本地APN IP地址池分配

APN管理

Packet Data Network (PDN)网络是3GPP定义的可以从移动网络接入的业务网络。如互联网internet和企业的Intranet就是两个不同的PDN网络。

每一个PDN网络有着不同的用户接入属性和网络运营者控制属性，比如分配给用户的IP地址，分配方式等。例如，企业内部的Intranet可能使用和互联网不一样的地址池。 

Access point name (APN)是用来表示用户请求接入的目标PDN网络。

核心网为使用的每一个APN，提供相应的属性配置选择，用于对不同APN提供不同的控制。

基于APN的QoS管理

QoS策略控制，对接入不同APN的业务提供不同的QoS控制。核心网支持本地基于APN静态QoS参数设置，控制该APN下接入业务的QoS。

二、^范文提纲

一LTE技术

（一）LTE技术的发展与标准

1 LTE技术的产生和其标准进展

2 LTE的关键技术

••••MIMO技术

•OFDM与OFDMA技术

（二）LTE系统的安全机制

1 密钥体系

•密钥等级

•密钥派生流程

2 加密与完整性保护流程

•加/解密算法原理

•完整性保护算法原理

3 AKA认证方法

••••标识隐藏

•认证与密钥协商

（三）LTE系统的网络服务质量（QoS）管理

1 LTE/SAE承载业务架构

2 LTE/SAE承载QoS

 二LTE技术在城市轨道交通行业的应用

LTE网络在轨道交通PIS系统中的设计

1基本架构

•上行业务规划

•下行业务规划

2 各接口服务架构

•控制中心子系统

•车站子系统

•车载子系统

安全管理AKA鉴权技术的应用

基于APN的QoS管理的应用

三 小结

三、参考文献

 [1]上海贝尔股份有限公司LTE网管集成开题团队.LTE无线网络管理系统设计与实现[M].北京：机械工业出版社.2010.11 

[2]郑培超,贾韶军,宋瀚涛,莫笑丽.LTE系统上行保证服务质量的分组调度算法[J].电子科技大学学报.2009.3.第38卷 第2期

[3]李维双,冯驰.基于LTE网络的QoS保障调度算法[J].哈尔滨商业大学学报（自然科学版）2013年8月.第29卷.第4期

[4]李勇军,李建华,王美云.基于QoS要求的QoS估算方法[J].计算机工程.2008年8月.第34卷.第16期

[5]王伟,张希,张权.基于身份密码学的EAP-AKA方案[J].计算机工程.2010年9月第36卷 第19期

[6]李知航,王浩,蒋慧琳,潘志文,尤肖虎.LTE网络考虑机会调度与QoS保障的准入控制算法[J].东南大学学报（自然科学版）.2015年5月.第43卷 第3期

[7]孟令乔.UMTS及LTE/SAE网络端到端的QoS研究[Z]. 中国科技^范文在线. :// .paper.edu.cn/.2011年10月11日

[8孙明越,唐晓晟.LTE系统安全算法研究[Z].中国科技^范文在线. :// .paper.edu.cn/.2011年11月18日

[9]周星,卢美莲,陶徐.基于AKA的IMS接入认证机制[Z]. 中国科技^范文在线. :// .paper.edu.cn/.2010年2月19日

[10]戴京伟.基于AKA的认证方法分析[z] 中国科技^范文在线. :// .paper.edu.cn/.2007年3月14日

[11]范圣印,张光卫,周兵,李波. 集群式多媒体监控系统QoS管理模型[Z] 中国科技^范文在线. :// .paper.edu.cn/.2005年5月20日