4G核心网介绍-LTE和EPC介绍

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LTE和EPC介绍大纲1.EPS概念2.EPS网络架构3.EPS网元功能4.网元之间的关联关系5.其他EPS概念•LTE:LongTermEvolution长期演进,是3GPP制定的高数据率、低延时、面向分组域优化的新一代宽带移动通信标准项目•3GPP:The3rdGenerationPartnershipProject,第三代合作伙伴计划3GPP的目标是实现由2G网络到3G网络的平滑过渡,保证未来技术的后向兼容性,支持轻松建网及系统间的漫游和兼容性。其职能:3GPP主要是制订以GSM核心网为基础,UTRA(FDD为W-CDMA技术,TDD为TD-CDMA技术)为无线接口的第三代技术规范EPS几个名词EPS概念E-UTRA:LTE空中接口E-UTRAN:LTE接入网=UE+eNBEPC:EvolvedPacketCore4G核心网,3GPP的演进分组核心网,由MME+SGW+PGW组成EPS:EvolvedPacketSystem,3GPP的演进分组系统,由E-UTRAN+EPC组成SAE:系统架构演进项目EPS几个名词EPS概念几个名词关系EPS概念•峰值速率:•下行峰值100Mbps,上行峰值50Mbps•时延:•控制面IDLE—〉ACTIVE:100ms•用户面单向传输:5ms•移动性:350km/h(在某些频段甚至支持500km/h)•频谱灵活性:•带宽从1.4MHz~20MHz(1.4、3、5、10、15、20)•支持全球2G/3G主流频段,同时支持一些新增频段LTE主要设计目标大纲71.EPS概念2.EPS网络架构3.EPS网元功能4.网元之间的关联关系5.其他EPS网络架构8LTE/EPC总体架构:网络架构更趋扁平化和简单化减少网络节点,降低系统复杂度以及传输和无线接入时延减小网络部署和维护成本eNBMME/S-GWMME/S-GWeNBeNBS1S1S1S1X2X2X2E-UTRANUTRANEPS网络架构9LTE关键技术扁平网络:取消RNC,大部分功能下放到eNB,少部分上升到EPC取消CS域,纯PS域用户面和信令面分离,SGW(服务网关)和MME(移动性管理)LTE与EPC多对多连接2G/3G网络架构与LTE/EPC架构的映射关系10EPS架构概述11•真正实现控制和承载分离,用户面eNodeB-SGW•MME(MobilityManagementEntity)功能:移动性管理、会话管理,用户接入鉴权;•S-GW(ServingGateway)功能:终结无线接入部分的接口,E-NodeB间切换的锚点,基于用户和承载的计费,服务网关,功能类似于SGSN。•PDN-GW(PDNGateway)功能:终结面向PDN的SGi的接口,3GPP/非3GPP的铆点,基于业务的计费,连接外网的网关,功能类似GGSN。SGSNGPRSUMTSLTENon-3GPPMMEHSSPCRFServingGWPDNGWBTSBSC/PCUNodeBRNCeNodeBS2aS1-US6aGxS5/8GbIuS1-MMES12S3S4S11SGiS9S10UserplaneControlplaneBTSInternetCorporateInternetOperatorServiceNetwork支持多种制式共接入EPS新部署新建EPC网络MME、SGW、PGW、HSS、PCRF及无线eNB布点,与现网无对接引入新号段,供LTE试点用户使用,应该是183建议试点阶段维护、计费与现网独立目前浙江独立布网,只有宏站eNodeBMMEHSSPCRFS-GWP-GWS1-US6aGxS5S1-MMES11SGiUserplaneControlplaneInternetUE通过eNB连接到EPC核心网,信令面通过S1-MME接口与MME相连,进行用户注册、鉴权,在HSS判断用户合法性;MME通过S11接口发送默认承载的消息给SGWSGW通过APN在DNS解析出所承载的PGWSGW通过S5接口把消息发送给PGWP-GW通过Gx接口与PCRFi连接,对用户请求进行授权,策略分配、QOS的保证用户面通过S1-U接口与SGW相连,PGW通过SGI接口接入运营商网络UEEPS热点区域部署S4SGSNGPRSTDLTEMMEHSSPCRFS-GWP-GWBTSBSC/PCUNodeBRNCeNodeBS1-US6aGxS5/8GbIuS1-MMES12S3S4S11SGiS9S10UserplaneControlplaneInternetS6a热点商用部署阶段目标:实现核心网2G/TD/LTE融合组网验证核心网统一计费,统一运维部署方案:部署Diameter信令网;引入新号段,用于发展LTE用户现网SGSN升级为SGSN/MME,GGSN升级为S-GW/P-GW统一进行网管部署与计费平台对接EPS规模部署MMEPOOLGPRSTDLTEHSSPCRFS-GW/P-GWPOOLBTSBSC/PCUNodeBRNCeNodeBS1-UGxGbIuS1-MMES12S11SGiS9UserplaneControlplaneInternetS6a规模部署阶段目标:全网G/T/L融合组网用户数据全面融合部署方案:SGSN/GGSN全部升级为MME及S-GW/P-GW,多种制式共接入,简化网络结构2/3G用户逐渐向4G用户迁移;MME及S-GW/P-GW组POOL,提升网络安全并实现设备间的负载均衡LTE引入模式•模式一:小范围引入,孤岛式组网,进行技术试验此模式适用于当前阶段,主要由于LTE网络设备和终端推出时间较短,技术成熟度低,需要通过试验来验证产品、业务、组网、计费等个环节的成熟度。可选择少量城市进行小范围的现场试验,EPC核心网与LTE无线网自成系统,与现网不互联。组网架构如图:15由于支持语音业务的LTE手机终端推出进程慢于数据卡类业务终端,因此该模式只为试验用户提供数据业务,只能在本地LTE实验网内漫游,不提供至2G/3G网络的漫游和切换LTE引入模式•模式二:全网引入并独立组网,不与现有的2G/3G网络互连,只提供数据业务此模式适用于LTE及EPC网络设备较成熟的阶段,具备全网部署的条件,并可联网实现LTE用户在网内的漫游,由于LTE手机终端成熟较晚,且VOIP业务的支持程度较弱,因此只为用户提供数据业务,考虑到该阶段LTE网络仍需进行相关实验,验证大范围组网特性,避免对现网改造和影响,也是单独组网,架构如图:16模式二要求EPC网络除具备模式一的功能外,还要求不同省SGW间通过S5接口进行通信,全网MME与HSS间需全互联,需确定DiameterIP信令网组网方式。LTE引入模式•模式三:全网引入,与现有的2G/3G网络混合组网,只提供数据业务此模式适用于LTE及EPC网络设备已成熟的阶段,具备商用条件,可与现网互联、互操作,实现LTE用户在LTE网及现有2G/3G网中均可使用业务。该模式要求LTE用户使用LTE/2G/3G多模终端,由于手机终端的成熟时间相对网络设备较晚,所以只提供数据业务,组网架构如图:17大纲181.EPS概念2.EPS网络架构3.EPS网元功能4.网元之间的关联关系5.其他EPS网元功能MMEE-UTRANMME是核心网唯一控制平面的设备,主要功能有:1.移动性管理2.接入控制3.会话管理4.网元SGW/PGW选择5.存储用户信息6.业务连续性E-UTRAN的实体eNode:1.无线资源管理—无线承载控制、无线许可控制,上行和下行资源动态分配/调度2.头压缩及用户面加密3.UE附着时的MME选择4.根据用户QoS签约信息,进行上行和下行的承载级别的速率调整,对承载级别的准入控制。EPC网元实体功能:移动性管理:附着/去附着、跟踪区更新、切换和寻呼接入控制:MME通过鉴权功能实现网络和用户之间的相互鉴权和密钥协商,确保用户请求的业务在当前网络可用。会话管理:对建立会话所必须的承载的管理,默认承载和专用承载。网元选择:PGW和SGW的选择。信息存储:MME要保存用户的状态,MM上下文和EPS承载上下文信息。包括,用户标识、跟踪区信息、鉴权信息、安全算法、网元地址、QOS参数。业务连续性:MME还能支持EPS与2G/3G建的业务互通。EPS网元功能ServingGatewayPDNGatewaySGW位于用户面,对每个接入LTE的UE,一次只能有一个SGW为之服务,功能有:1.会话管理:SGW能对承载进行建立、修改和释放,能存储EPS承载上下文2.路由选择和数据转发:eNodeB间切换时,SGW做为本地锚定点在路径转发后,像源eNodeB发送结束标记,从新排序功能。3.QoS控制:支持EPS主要承载的主要QoS参数.4.计费5.存储信息PGW位于用户面,是面向PDN终结与SGi接口网关,功能有:1.IP地址分配:用户UE的IP地址是由PGW来分配的,静态和动态。2.会话管理:支持EPS承载管理功能,建立、修改、释放,能根据APN进行域名解析并寻址到外网。3.PCRF选择4.路由选择数据转发5.QoS控制6.计费7.策略和计费执行EPC网元实体功能:EPS网元功能PCRFHSSPolicyandChargingFunction策略计费控制功能,功能有:1.策略控制决策。2.对用户请求的业务授权、策略分配。3.基于流计费控制功能4.反馈网络堵塞的情况5.获取计费系统信息,反馈话费使用情况等。HomeSubscriberServers是存储用户签约信息数据库,与2G/3G中的HLR类似功能有:1.用户标识、编号和路由信息2.用户安全信息,用于鉴权和授权的网络接入控制信息3.用户位置信息4.HSS用于鉴权、完整性保护和加密的用户安全信息5.HSS负责与不同域和子系统的呼叫控制和会话挂你蓝实体进行联系。EPC网元实体功能:大纲221.EPS概念2.EPS网络架构3.EPS网元功能4.网元之间的关联关系5.其他网络主要接口•S1-MMEeNB和MME之间的接口,S1-AP/SCTP/IP•S1-UeNB和S-GW之间的接口,GTPv1-U.•S3MME和R8SGSN之间的接口(或者R8SGSN之间的接口),GTPv2-C.•S4R8SGSN和S-GW之间的接口,控制面GTPv2-C,用户面GTPv1-U.•S5ServingGW和PDN-GW之间的接口,两网元属于同一PLMN,GTPv2-C.•S6aMME和HSS之间的接口,基于Diameter/SCTP/IP.23网络主要接口•GxPCRF和P-GW(PCEF)之间的接口,Diameter/SCTP,TCP/IP•S8S-GW(漫游地)和P-GW(归属地)之间的接口,类似于Gp接口.•S9归属地PCRF和漫游地PCRF之间的接口.•S10MME间接口,GTPv2-C•S11MME和S-GW之间的接口,GTPv2-C24S1接口•S1接口分为用户面和控制面,控制面协议为S1-MME,用户面协议为S1-U,如下图:25eNodeBMMES-GWS1-US1-MMEUserplaneControlplaneeNodeBS-GWMME一个eNodeB可以连接多个MME和SGW;S1用户面S1-U协议栈为GTP-U/UDP/IP,主要传输eNodeB和SGW之间的用户数据;S1控制面S1-MME协议栈为S1-AP/SCTP/IP支持eNodeB和MME之间一系列的信令功能;S1-AP信令过程有CLASS1和CLASS2俩类CLASS1:有应答,成功或失败的应答CLASS2:无应答X2接口•X2接口是eNodeB间的协议,如下图:26eNodeBX2-UeNodeBX2用户面接口:X2-U接口用于在eNodeB之间传输用户数据,这个接口只在UE从一个eNodeB移动到另一个eNodeB时使用,实现数据转发,X2-U用户面使用GTP-U协议。X2-CUserplaneControlplaneX2控制面接口:

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