近年来，全球移动通信正朝着分组化、低延时、服务差异化方向发展，为此3GPP组织提出了长期演进和系统架构演进两大研究计划。在演进的分组系统中，EPS会话管理子层将真正让用户体验到什么是“IP永远在线”，以及为用户提供各种差异化的服务。本文基于这样的背景，在参与TD-LTE无线综合测试仪表开发项目的基础上，对EPS会话管理子层从需求分析、系统设计、软件设计，再到实现验证做了较为系统地研究。　　 论文首先介绍了TD-LTE的发展现状，TD-LTE系统优势以及协议栈整体结构，在此基础上简单阐述了协议架构中各部分实体的功能以及本论文的研究意义。　　 其次，深入分析了TD-LTE系统网络端ESM子层的协议，包括EPS系统中端到端的QoS机制、多实例的地址处理原则以及ESM子层中两种类型的流程。在此基础上，设计了ESM模块多实例的框架、模块间接口原语以及ESM子层不同类型的状态融合方案，其中详细设计了PDN连接流程、EPS承载上下文修改流程。本论文设计的ESM流程不仅保证了不同用户多种QoS要求的业务数据传输的正确性，而且缩短了信令建立时延，优化了系统性能。　　 为了验证ESM子层设计的正确性，采用Telelogic AB Tau公司的SDL和TTCNSuite4.0作为开发工具，并用C语言进行代码编程，构造典型测试例，进行一致性测试。但是鉴于协议一致性测试是模拟外界环境，为进一步验证本论文设计的正确性，基于Nucleus PLUS操作系统，在实际环境下进行验证。实现结果表明，该设计方案完全符合3GPP协议规范。　　 最后是对论文的总结，并针对研究过程中的不足提出下一步工作的重点。