LTE核心网网络架构

LTE系统核心网网络架构阅读报告姓名：杨洋学号：S110131109摘要：随着LTE技术标准的完善和成熟，各运营商在LTE技术上投入的不断加大，对LTE系统核心网网络架构各部分网元功能的分析变得至关重要，最终通过分析各网元的功能，实现核心网的功能。关键词：LTE；EPC；核心网；网络架构；1LTE技术概述LTE(LongTermEvolution,长期演进)就是3GPP的长期演进，是3G与4G技术之间的一个过渡，是3.9G的全球标准,它增强了3G的空中接入技术，采用OFDM和MIMO作为其无线网络演进的唯一标准，为降低用户面延迟，取消了无线网络控制器（RNC），采用扁平网络结构。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，提高小区容量和降低系统延迟。2LTE网络的分析2.1LTE网络架构的背景当前，全球无线通信正呈现出移动化、宽带化和IP化的趋势，移动通信行业的竞争极为激烈。在现有技术还没有大规模商用之前，一些无线宽带接入技术也开始提供部分的移动功能，通过宽带移动化，试图进入移动通信市场。为了维持在移动通信行业中的竞争力和主导地位，3GPP组织在2004年11月启动了长期演进过程LTE(LongTermEvolution)以实现3G技术向4G的平滑过渡。3GPP计划的目标是：更高的数据速率、更低的延时、改进的系统容量和覆盖范围以及较低的成本。LTE对空口和接入网的技术指标包括：（1）峰值数据速率，下行达到100Mbit/s，上行50Mbit/s。（2）提高频谱效率（达到Release6的2～4倍）。（3）接入网时延（用户平面UE-RNC-UE）时延不超过10ms。（4）减小控制平面时延，UE从待机状态到开始传输数据时延不超过100ms（不包括下行寻呼时延）。为了实现这一目标，除了要考虑空中接口技术的严禁之外，还需要考虑网络体系结构的改进。对无线接入网网络架构的研究就是要找出最优的网络结构并考虑介入网内以及接入网与核心网之间的功能划分，以期望实现更高的数据速率、更低的时延。2.2LTE网络架构的需求（1）单一网络结构。（2）基于分组业务的网络架构，支持实时以及会话类业务。（3）尽可能不通过增加额外的回程开销，最小化“单点失败（singlepointsoffailure）”的出现机会。（4）尽可能简化和最小化引入的接口数目。（5）如果需要提高系统性能，不排除无线网络层（RNL）与传输网络层之间的交互。（6）支持端到端的QoS。传输网络层向无线网络层提供适当的QoS。（7）QoS机制需要考虑存在的多种业务类型，保证有效的带宽使用率：控制平面业务，用户平面业务，以及Q&M业务。（8）最小化时延抖动，比如针对分组通信的TCP/IP。2.3LTE网络整体结构LTE采用扁平化、IP化得网络结构，E-UTRAN用E-NodeB替代原有的RNC-NodeB结构，各网络节点之间的接口使用IP传输，通过IMS承载综合业务，原UTRAN的CS域业务均可由LTE网络的PS域承载。其中，E-UTRAN由eNB构成；EPC（EvolvedPacketCore）由MME（MobilityManagementEntity），S-GW(ServingGateway)以及P-GW（PDNGateway）构成。相对UMTS得网络结构而言，LTE网络结构进行了大幅度简化。3EPC核心网架构3.1EPC核心网架构的发展背景随着移动宽带网络向LTE演进，在LTE的演进和运营中，如何才能实现2G和3G网络向LTE的平滑演进，如何实现现有网络和新建网络的互通，如何向用户提供一致的业务，成为运营商的焦点。正是在此需求下，3GPP在关注无线接入网演进的同时，也开展了分组核心网构架的演进工程，并将其定义为EPC。作为与LTE同步发展的技术，EPC的构架更加符合未来移动通信网络的发展需要，能够在提升网络性能的同时，满足用户日益增长的业务需求，从而进一步提升运营商的竞争力。3.2EPC核心网架构的特征（1）控制面与用户面完全分离，网络趋向扁平化。（2）支持3GPP与非3GPP(如Wi-Fi、WiMAX等)的多种方式的接入，并支持用户在3GPP网络和非3GPP网络之间的漫游和切换。（3）核心网中不再有电路域，EPC成为移动电信业务的基本承载网络。3.3EPC核心网架构中各网元的功能3.3.1MMEMME（MobilityManagementEntity，移动管理设备）提供了用于LTE接入网络的主要控制，并在核心网络的移动性管理，包括寻呼、安全控制、核心网的承载控制以及终端在空闲状态的移动性控制等。它跟踪负责身份验证、移动性，以及与传统接入2G/3G接入网络的互通性的用户设备(UE)。该MME还支持合法的信号拦截。主要体现在处理移动性管理，包括：存储UE控制面上下文，包括UEID、状态、跟踪区（treakingarea，TA）等；移动性管理；鉴权和密钥管理；信令的加密、完整性保护；管理和分配用户临时ID。其他还包括：空闲模式UE的可达性；选择PDNGW和ServingGW；2G、3G切换时选择SGSN；MME改变时的MME选择功能；NAS信令，NAS信令安全；认证；漫游跟踪区列表管理；3GPP接入网络之间核心网节点之间移动性信令；承载管理功能（包括专用承载的建立）。3.3.2S-GWS-GW(SignalingGateway，服务网关)负责UE用户平面数据的传送、转发和路由切换等，同时也作为eNodeB之间互相传递期间用户平面的移动锚，以及作为LTE和其他3GPP技术的移动性锚。另一方面S-GW提供面向E-UTRAN的接口，连接NO.7信令网与IP网的设备，主要完成传统个PSTN/ISDN/PLMN侧的七号信令与3GPPR4罗侧IP信令的传输层信令转换。其他功能还包括：切换过程中，进行数据的前转；上下行传输层数据包的分类标示；在网络触发建立初始承载过程中，缓存下行数据包；在漫游时，实现基于UE，PDN和QCI粒度的上下行计费；数据包的路由[SGW可以连接多个PDN]和转发；合法性监听。3.3.3P-GWP-GW（Packetdatanetworksgateway，分组数据网网关）管理用户设备(UE)和外部分组数据网络之间的连接。一个UE可以与访问多个PDN的多个PGW同步连接。PGW执行政策的实施，为每个用户进行数据包过滤、计费支持、合法拦截和数据包筛选。分组数据网网关也是推动对处理器和带宽性能增加需求的关键网络元素。PGW的主要功能是UEIP地址分配、基于每个用户的数据包过滤、深度包检测(DPI)和合法拦截。其他功能还有：上下行传输层数据包的分类标示；上下行服务级增强，对每个SDF进行策略和整形；上下行服务级的门控；基于AMBR的下行速率整形基于MBR的下行速率整上下行承载的绑定；合法性监听。4总结通过上网查资料和对LTE核心网网络架构相关资料的阅读，我对LTE技术有了一个更清晰的认识，LTE之所以超越于2G、3G有EPC核心网架构一定的功劳，通过网络结构的改变实现扁平网络结构，最终达到LTE技术的实用化和商用化。通过此次阅读锻炼了我自己对新知识学习的能力，对现在通信行业的发展有了一个全面地认识。参考文献[1]吕红卫,冯征.核心网分组域引入EPC架构分析.北京：电信科学,2010:116-120.[2]大唐移动,LTE网络系统架构.[3]ZTE中兴,LTE网络架构概述.[4]华为,LTE用户面培训.[5]3GEvolutionHSPandLTEforMobileBroadband[M].