EPC技术原理

中国联通网络技术研究院2013年7月EPC技术原理目录一EPC基本原理二EPC关键技术EPC引入背景三2LTE•LongTermEvolution，长期演进项目EPS•EvolvedPacketSystem，演进分组系统EPC•EvolvedPacketCore，演进分组核心网SAE•SystemArchitectureEvolution，系统架构演进项目名词解释3•EPS–EnvolvedPacketSystem，演进的分组系统–UMTSRAN向LTE演进–UMTSCN向EPC（演进的分组域核心网）演进•起源–2004年12月，3GPP在雅典的第26次会议上启动了对SAE的研究–2007年6月，3GPP在第36次会议上将SAE改名为EPS•目标–制定具有高数据率、低延迟、数据分组化、支持多种无线接入技术特征的具有可移植性的3GPP系统框架结构EPC引入背景4•3GPP–标准演进•3GPPR8版本在2008年12月冻结、R9版本在2009年12月冻结•3GPPR10版本在2011年3月冻结、R11版本在2012年3月冻结–主要标准•23.401、23.402、24.301、29.272、29.274、33.102、33.401、32.240、32.251、23.216、23.272、29.118、29.280•CCSA–完成了基于R8的研究报告，部分EPS相关课题–制定基于R9的行业标准：总体技术要求、设备/接口技术要求、设备/接口测试方法EPC标准进展51.截至2013年1月，全球已有66个国家的145家运营商推出了商用LTE2.2012年新增了104家运营商承诺投资LTE网络部署，使承诺部署的运营商总数增至104个国家的330家商用EPC的主要运营商：美国Verizon、AT&T日本NTTDoCoMo、SoftBank德国O2、Vodafone、…西班牙Telefonica6EPC商用情况目录一EPC基本原理二EPC关键技术EPC引入背景三7目录二EPC基本原理1.网络架构2.系统特点3.基本概念8SGiS12S3S1-MMEPCRFGxS6aHSSOperator'sIPServices(e.g.IMS,PSSetc.)RxS10UESGSNLTE-UuE-UTRANMMES11S5ServingGatewayPDNGatewayS1-US4UTRANGERAN•网元MME：移动性管理网元S-GW：服务网关P-GW：PDN网关HSS：用户PCRF：策略与计费规则S4SGSN：服务网关支持节点•接口S1-MMES10、S11、S3S1-U、S12S5、S8、S4S6a、Gx、Rx、S9•协议S1-APGTPv2-CGTPv1-UDiameterEPC网络架构9SGiS12S3S1-MMEPCRFGxS6aHSSOperator'sIPServices(e.g.IMS,PSSetc.)RxS10UESGSNLTE-UuE-UTRANMMES11S5ServingGatewayPDNGatewayS1-US4UTRANGERANEPC网元功能•MME：核心控制网元，类似于传统SGSN的控制面功能•移动性管理•会话管理•用户鉴权和密钥管理•NAS信令加密和完整性保护•合法监听•TALIST管理•P-GW/S-GW选择•承载和控制完全分离•S-GW：服务网关，类似于传统SGSN的用户面功能•E-NodeB间切换的本地移动性锚点•基于用户和承载的计费•分组路由和转发功能•IP头压缩•合法监听•IDLE态下行数据缓存•不支持与GGSN之间的连接•P-GW：PDN网关，类似于传统GGSN的功能•IP地址分配，接入外部PDN网络•计费和QoS策略执行•分组路由和转发•合法监听•3GPP和非3GPP网络间的锚点•UE可能对应多个P-GW10SGiS12S3S1-MMEPCRFGxS6aHSSOperator'sIPServices(e.g.IMS,PSSetc.)RxS10UESGSNLTE-UuE-UTRANMMES11S5ServingGatewayPDNGatewayS1-US4UTRANGERANEPC网元功能•HSS：用于存储用户签约信息的数据库，类似HLR的功能•用户标识、编号、路由信息•用户安全信息：用户鉴权、完整性保护和加密的安全信息•用户位置信息：HSS支持用户注册，并存储系统间的位置信息•用户其他属性信息•支持Diameter协议•S4-SGSN：负责2G/3G接入，类似Gn/GpSGSN的功能•P-GW和S-GW的选择（选择方式与MME相同）•用于2G/3G和E-UTRAN间移动时与EPC节点间信令的交互•为切换到E-UTRAN3GPP接入网进行MME的选择•支持GTPv2、Diameter协议、支持ISR等R8特征功能•策略和计费控制单元，根据用户特点和业务需求提供数据业务资源管控•非漫游情况下，在HPLMN中，每个UE的IP-CAN会话只有一个PCRF与其关联•漫游情况下，并且业务流是本地疏导时，可能会有两个PCRF跟UE的一个IP-CAN会话相关:H-PCRF（归属地PCRF）和V-PCRF（拜访地PCRF）11SGiS12S3S1-MMEPCRFGxS6aHSSOperator'sIPServices(e.g.IMS,PSSetc.)RxS10UESGSNLTE-UuE-UTRANMMES11S5ServingGatewayPDNGatewayS1-US4UTRANGERAN•非漫游接入•控制面GTPv2-CS10S11S3•用户面GTPv1-US1-US12•控制面和用户面GTPv-C、GTPv1-US5S8S4EPC网络接口DiameterS6aGxRxS912S1APS1-MMEDiameterGxApplicationTCP/SCTPIPL2L1TCP/SCTPIPL2L1PCEFPCRFGxDiameterGxApplicationDiameterTCP/SCTPIPL2L1TCP/SCTPIPL2L1MMEHSSS6aDiameterDiameterRxApplicationTCP/SCTPIPL2L1TCP/SCTPIPL2L1AFPCRFRxDiameterRxApplicationSCTPL2L1IPL2L1IPSCTPS1-MMEeNodeBMMES1-APS1-APNASMACL1RLCPDCPUERRCMACL1RLCPDCPRRCLTE-UuNASRelayUDPL2L1IPL2L1IPUDPCNNodeGTP-CGTP-CCNNodeUDPL2L1IPL2L1IPUDPCNNodeGTP-UGTP-UCN/无线NodeGTP控制面GTP用户面•S1-AP协议：S1-MME接口传递控制信令•Diameter协议：S6a、Gx和Rx接口传递控制信令•GTPv2-C协议：S5/S8、S10、S11等接口的控制面协议EPC接口协议13•GTPv1-U协议：S5/S8、S1-U与Gn/Gp接口使用的用户面协议相同EPC网络接口和协议类型协议名称位置功能控制面S1APS1-MMEeNodeB–MME用于传送会话管理(SM)和移动性管理(MM)等控制面信息GTPv2-CS3MME–SGSN采用GTP协议，在MME和SGSN设备间建立隧道，传送信令S10MME–MME采用GTP协议，在MME设备间建立隧道，传送信令S11MME–S-GW采用GTP协议，在MME和GW设备间建立隧道，传送信令DiameterS6aMME–HSS用于完成用户位置信息的交换和用户签约信息的管理GxP-GW–PCRF提供QoS策略和计费准则的传递RxAF–PCRF用于AF传递应用层会话信息给PCRF用户面GTPv1-US1-UeNodeB–S-GW在GW与eNodeB设备间建立隧道，传送数据包S12S-GW–UTRAN在UTRAN与GW之间建立隧道，传送数据控制面+用户面GTPv2-CGTPv1-US4S-GW–SGSN采用GTP协议，在S-GW和SGSN设备间建立隧道，传送数据和信令S5/S8S-GW–P-GW采用GTP协议，在S-GW和P-GW设备间建立隧道，传送数据和信令14与2G/3G分组域的网元和接口映射EPC2G/3G分组核心网设备MMESGSN的控制面S-GWSGSN的用户面P-GWGGSNHSSHLR接口及协议S1-MME（S1-AP）Gb/Iu-PS（BSSAP、RANAP）S5/S10/S11（GTPv2-C、GTPv1-U）Gn（GTPv1-C、GTPv1-U）S6a（Diameter）Gr（MAP）S1-U、S12（GTPv1-U）RNC与GGSN之间接口（GTPv1-U）SGiGiSGiS12S3S1-MMEPCRFGxS6aHSSOperator'sIPServices(e.g.IMS,PSSetc.)RxS10UESGSNLTE-UuE-UTRANMMES11S5ServingGatewayPDNGatewayS1-US4UTRANGERANGfUuUmDGiGnIuGcCEGpGsSignallingInterface(includingSMS)SignallingandDataTransferInterfaceTEMTUTRANTEPDNGrIuOtherPLMNGdSMS-SCSMS-GMSCSMS-IWMSCGGSNEIRSGSNGnCGFGaGaBillingSystemGbTEMTBSSRARgsmSCFGeSGSNHLRMSC/VLRGGSN2G/3G网络LTE/EPC网络15与2G/3G分组域的网元和接口映射EPC2G/3G分组核心网设备MMESGSN的控制面S-GWSGSN的用户面P-GWGGSNHSSHLR接口及协议S1-MME（S1-AP）Gb/Iu-PS（BSSAP、RANAP）S5/S10/S11（GTPv2-C、GTPv1-U）Gn（GTPv1-C、GTPv1-U）S6a（Diameter）Gr（MAP）S1-U、S12（GTPv1-U）RNC与GGSN之间接口（GTPv1-U）SGiGiSGiS12S3S1-MMEPCRFGxS6aHSSOperator'sIPServices(e.g.IMS,PSSetc.)RxS10UESGSNLTE-UuE-UTRANMMES11S5ServingGatewayPDNGatewayS1-US4UTRANGERANGfUuUmDGiGnIuGcCEGpGsSignallingInterface(includingSMS)SignallingandDataTransferInterfaceTEMTUTRANTEPDNGrIuOtherPLMNGdSMS-SCSMS-GMSCSMS-IWMSCGGSNEIRSGSNGnCGFGaGaBillingSystemGbTEMTBSSRARgsmSCFGeSGSNHLRMSC/VLRGGSN2G/3G网络LTE/EPC网络16EPC与2G/3G分组核心网的比较EPC2G/3G分组核心网相同点相似的体系结构与接口（网元和接口存在映射关系）承载的体系结构类似（EPS承载、PDPContext）基本的移动性管理与会话管理的流程一致不同点网络架构控制平面与用户平面分离，更小的时延，更强的信令处理能力控制平面与用户平面未分离用户状态支持真正的用户永远在线不能提供真正的用户永远在线QoS由于单业务对应单承载，支持单业务的端到端的QoS保证多业务并发时，不能提供单业务的端到端的QoS保证多接入EPC系统支持非3GPP接入GPRS不支持非3GPP接入协议以GTPv2和Diameter协议为主以GTPv1和MAP协议为主容灾容灾机制更加完善：MME天然组Pool，过载控制机制等SGSN的容灾机制有Iu-Flex方案安全安全性能更好：采用双层加密安全体制，四元组鉴权单层加密安全体制，五元组（三元组）鉴权•相似性：体系结构与接口、承载结构、