LTE新技术-EPC网络架构及关键技术

1课程概述1.EPC技术发展2.EPC网络结构和网元功能4.EPC主要接口及基本流程6.LTE商用情况课程目的课程内容本课程为EPC网络的基础课程，通过本课程对EPC网络结构、网元功能、接口有所了解。3.EPC关键技术介绍5.运营商的组网策略2目录SAE/EPC技术演进1EPC网络架构及主要网元2EPC/SAE主要接口及流程4运营商组网策略5LTE商用情况介绍6EPC关键技术33LTE基本概念•LTE－LongTermEvolution–LTE是3GPP演进到R8时的网络结构，是HSPA的后续演进目标；–LTE=E-UTRAN（无线接入子系统）＋EPC/SAE（核心网子系统）。•SAE－SystemArchitectureEvolution–由于LTE架构是完全建立在分组域之上的，LTE的系统也被成为EPS（EvolvedPacketSytem）；–SAE也被称为EPC（EvolvedPacketCore）。3GPPHSPA+HSPAUMTSGSMLTER97R99R5R7R84无线接入技术宽带化趋势无线接入技术的带宽的量级从10k→100k→1M→10M→100M不断提升。系统容量和分组业务频谱利用率的不断提升使得每bit分组业务承载成本逐步降低。多种无线接入技术长期共存。3GPP2分组域标准在演进过程中，在Rev.B（或Rev.A)以后向LTE演进。IMT-Advance4GCDMA2000Evolution2001-20052006HSDPAPhaseI1.8M/3.6MbpsHSDPAPhaseII7.2/14.4MbpsHSUPA2M/5.76MbpsLTEDL:100MbpsUL:50MbpsGSM/GPRSEDGE171/384kbpsWCDMAR99/R4384kbpsWCDMAEvolution200720082009HSPA+DL40MbpsUL10Mbps1xEV-DORev.0DL:2.4MbpsUL:153.6kbpsDORev.B(MCDO)DL：46.5MbpsUL:27Mbps1xEV-D0Rev.ADL:3.1MbpsUL:1.8MbpsCDMA1X153kbps20102011IEEE802.16e70MbpsIEEE802.16mDL:100MbpsUL:50MbpsWiMAXEvolutionIEEE802.16d20Mbps5SAE/EPC的技术需求1.Non-3GPP接入2.3GPP与Non-3GPP互通3.在网络侧实现移动性管理4.通用的安全框架5.通用的用户管理与鉴权6.通用的控制与计费策略7.公用的计费8.不同无线网之间切换9.通用的IMS业务提供10.终端统一管理与运营SAE基本要求1.改善现有系统性能2.3GPP内的安全切换3.分离用户平面与控制平面4.易于演进到EPS5.现有网络不升级到EPS的情况下，能支持GPRS/WCDMA与LTE之间的漫游切换6.非漫游情况下，用户平面终结在唯一实体上3GPP要求6SAE/EPC的主要演进过程3GPPR8之后EPC核心网架构没有变化，主要是特性增强。7目录SAE/EPC技术演进1EPC网络架构及主要网元2EPC/SAE主要接口及流程4运营商组网策略5LTE商用情况介绍6EPC关键技术38LTE/EPC网络特点关键网元：MME、S/P-GW、HSS、eNodeB、PCRF关键接口：S1、X2、S5/S8、S6a关键变化：省去传统的基站控制器（RNC、BSC），基站控制器的大部分功能转移到基站eNodeB实现。关键特点：扁平网络、ALLIP、控制承载分离、多种接入、永远在线纯分组域网络9简化组网方式，网络更加扁平，无线侧无RNC，优化的用户面体系，数据传输从4个降到2个扁平网络独立的控制面网元和用户面网元，MME是纯控制面，SAE-GW是用户面网元控制与承载分离SAE网络架构和特性IP化简化复杂的分层结构，网元之间的互连简单，全IP体现在S1接口和S6a接口ALLIPS4SGSN保留UTRAN的接入能力，非3GPP的接入,支持多种制式共接入:2G/3G/LTE/CDMA/WIMAX/WLAN多种接入方式LTE/SAE提供面向分组域的全新架构，无传统电路域网络，用户开机附着时就建立数据通道，永远在线。永远在线纯分组域网络10EPS总体架构EPS概念EPS的演进EPS（Evolvedpackedsystem）LTE(Longtermevolution)SAE(SystemarchitectureEvolutoin)E-UTRAN(EvolvedUniversalTerrestrialRadioAccessNetwork)EPC(Evolvedpackedcore)CSCoreMGWMSCsHLRRNCRANSGSNGGSNRANeNBHSSSGWP-GWPCRFMME11EPS总体架构EPC基本结构增加了PCC及计费与GSM/GPRS/WCDMA互通通过GTP与GPRS/WCDMA互操作直接通过S12支持WCDMA与非3GPP互通与C网互通12UTRANGERANSGSNHSSMMEServingGatewayPDNGatewayPCRFAF,例如IMSeUTRANeNBeNBIPNetworkX2S3S1-MMES6aS11S12S4GxcGxSGiS5/S8S1-UPDN-GW分配UE的IP地址基于每用户的包过滤Bearer层的IP锚定点连接到外部分组网SGWeNB之间切换的本地锁定点3GPP之间切换的移动性锚定IDEL模式下的DL数据缓存分组路由与转发PCRF策略控制决策基于流计费控制的功能向PCEF提供策略MME用户移动性管理接入和附着控制寻呼，切换和漫游控制E-UTRAN头压缩及用户面加密在初始消息到达MME的情况下根据UE提供的信息，或者根据当前POOL的负荷情况选择MME基于AMBR和MBR的上行承载级速率执行和上下行承载准许控制等LTE/SAE网络基本架构（移动/联通）13实现GW选择，调度和传输寻呼信息以及BCCH信息，上下行资源动态分配，无线资源准入控制，移动性管理PDN-GWLTE/SAE网络基本架构（电信）PCRFeNB之间切换的本地锚定点3GPP之间切换的移动性锚定Idle模式下的DL数据缓存分组路由与转发GxcSGi1XHRPDS11S5eUTRANHSSS1-US1-MMES6aHSGWIPNetworkGxX2AF,例如IMSPCRFServingGatewayS2aPDNGatewayMMEeNBeNBeNodeB分配UE的IP地址基于每用户的包过滤Bearer层面的IP锚定点连接到外部分组网SGW策略控制决策基于流计费控制的功能向PCEF提供策略Gxa接入控制用户移动性管理寻呼，切换和漫游控制MME14MobilityManagementEntity(MME)MMEServingGatewayeUTRANeNBeNBX2S1-MMES11S1-UHSSS6a•MME的功能：–接入控制，包括鉴权控制，标识(GUTI，TAIlist)指配，用户标识和设备标识验证，信令面加密，与eNB之间的一致性保护，2G/3G与EPS之间安全参数以及QoS参数的转换–许可控制，决定是否可以获得请求的资源并预留这些资源–移动性管理，实现对UE当前位置的跟踪和记录–会话管理，EPS承载管理功能–网元选择，对S-GW和P-GW的选择，MME改变时的MME选择功能，2G、3G切换时选择SGSN15ServingGateway(S-GW)MMEServingGatewayeUTRANeNBeNBX2S1-MMES11S1-UHSSS6aPDNGatewayS5/S8PCRFGxcGx•S-GW的功能：–对EPS承载进行存储–路由选择和数据转发功能–eNB之间切换以及eNB与2G/3G网络之间切换的本地锚定点，3GPP接入系统间切换锚点（终结并中转2G/3G系统和PGW间的数据流）–计费信息收集16PacketDataNetwork(PDN)Gateway（P-GW）MMEServingGatewayeUTRANeNBeNBX2S1-MMES11S1-UHSSS6aPDNGatewayS5/S8PCRFGxcGxIP网络CGSGiGy/GzP-GW是EPS承载在IP层面的锚定点（HA）3GPP和非3GPP接入系统间切换的锚定点UE与外部网络通信的锚点，进行数据格式的转换多个PCRF服务于一个P-GW情况下，进行PCRF的选择对EPS承载进行存储和管理UE的IP地址的管理和分配控制UL（上行数据流模板）和DL（下行数据流模板）承载的绑定基于PCC进行QoS处理，作为PCC的策略执行点收集计费信息17HomeSubscriberServer(HSS)MMEServingGatewayeUTRANeNBeNBX2S1-MMES11S1-UHSSS6aPDNGatewayS5/S8PCRFGxcGxIP网络CGSGiGy/GzHSS的功能：用户数据管理：数据存储，包括用户信息（IMSI、MSISDN、IMEI/IMEISV、LTE用户接入标识、UE-AMBR等），ODB信息，EPSAPN签约信息，漫游相关信息，用户计费相关信息，鉴权信息用户数据管理：对用户的签约数据进行相应的操作管理，包括开户、销户，用户签约数据的修改，通知MME对用户签约数据进行更新用户鉴权根据MME请求向MME提供一组或者多组鉴权参数，支持鉴权业务相关处理存储用户对应的鉴权算法标识与服务网络的网络标识移动性管理：配合MME发起的位置登记/注销通知，完成用户位置登记/注销状态、以及当前服务MME地址的更新18PolicyandChargingRuleFunction(PCRF)MMEServingGatewayeUTRANeNBeNBX2S1-MMES11S1-UHSSS6aPDNGatewayS5/S8PCRFGxcGxIP网络CGSGiGy/GzPCRF的功能：用户的签约数据管理用户计费策略控制接受AF的应用请求，并根据SPR的用户签约数据进行验证根据应用请求生成策略规则把规则做成TFT，使用TFT把SDFs映射到EPSbearer提供计费指导事件触发条件定制业务优先级处理QOS控制功能19网络架构-Gateway合设作为一种优化架构，ServingGateway和PDNGateway可以合一部署。SGiS12S3S1-MMEPCRFS7S6aHSSOperator’sIPServices(e.g.IMS,PSSetc.)Rx+S10UEUTRANGERANSGSN“LTE-Uu”E-UTRANMMES11S5ServingGatewayPDNGatewayS1-US420网络架构－HomeRouted的漫游方式S5和S8接口存在GTP和PMIP协议两种可能选择。S5和S8a/b接口不需要级联（chaining），即漫游HomeRoutedTraffic场景只需要S8a/b漫游接口，不需要S5接口同时存在。S6aHSSS8aS3S1-MMES10UTRANGERANSGSNMMES11ServingGatewayUE“LTE-UuE-UTRANS12HPLMNVPLMNPCRFS7Rx+SGiOperator’sIPServices(e.g.IMS,PSSetc.)PDNGatewayS1-US421网络架构LocalBreakout的漫游方式S6aHSSS5S3S1-MMES10GERANUTRANSGSNMMES11ServingGatewayUE“LTE-Uu”E-UTRANS4HPLMNVPLMNV-PCRFS7SGiPDNGatewayS1-UH-PCRFS9HomeOperator’sIPServicesRx+VisitedOperatorPDNS12Rx+22EPC网络与UMTS的互通架构UTRANGERA