移动核心网基础知识-v2

1、移动核心网基础知识1Page2一、LTE核心网网络架构及网元功能二、LTE业务实现方案及基本流程三、EPC网络组织四、EPC带宽计算EPS网络架构SAE（System Architecture Evolution）EPC (Evolved Packet Core)SAE=EPCEPS (Evolved Packet System)UE（User Equipment） LTE（Long Term Evolution）Page3EPC网络架构 S-GW和P-GW合设UTRANSGSNS12NodeBRNCS6aGERANPCRFS3HSSBTSBSC/PCUS4MMES11GxRxS1-MMELT

2、EOperators IP ServicesS1-USGieNodeBS-GW/P-GWPage4EPC网络架构 S-GW和P-GW分设UTRANSGSNS12RNCNodeBS3GERANPCRFS6aHSSS4BTSBSC/PCUMMEGxRxS11S1-MMELTEOperators IP ServicesS1-US5SGieNodeBS-GWP-GWPage5EPS网络功能 EPS网络实现以下逻辑功能： 网络接入控制功能 数据路由和转发功能 移动性管理功能 安全功能 无线资源管理功能 网络管理功能Page6EPC主要逻辑网元功能SGW: serving gatewayPCRF: pol

3、icy and charging rulefunctionMME: mobility managemententityHSS: home subscriberserverP-GW: packet data networkgatewayPage7TD-LTE网络结构 整个TD-LTE系统由3部分组成根据用户特点和业务需求提供数据业务资源管提供鉴权和签约控2GSGSN GbIu负责移动性管理BTSBSC/PCUTD等功能功能S4S6d负责无线资源S3PCRF 提供承载控制、计费、地址NodeB管理RNC负责用户面HS接S入MME S6a分配和非3GPPS9接入等功能S10功能LTERxS1-MME

4、GxAFS11SAE GWS5/8Internet PS ServiceS1-USGi用户设备eNodeBPDN GW接入网BOSSServing GW核心EPC网(EPC)(E-EUT-RUANTRAN)(UUEE)CGEPS8Page8核心网-网络变化及传输需求SGSNGGSNBSCBTSNodeB扁平化、全IP化无BSC/RNC由于LTE的高速率，将来LTE对传输网络需求巨大（以G为单位）， 1个宏站带宽需求在200M以上，需要提前做好传输网络规划和建设。MMESAE GWeNodeBPage9RNCTD-LTE与TD/2G协同组网网络结构SGs：MME-普通MSC-MSSC SERVE

5、R- LTE短信- CS FallBack话音Sv：MME-SRVCC MSC-S- LTE VoIMS+SRVCCGMSC SERVERHSS其它IMSMGCF网元电路域GMGWIM-MGWHLRMGW2G/TD RANCM-IMSGGSN分组域GrASSGSNSBCGn GnSBCHSSMMEinternet(CMNet)S6aS1-MMEEPCS11SGiE-UTRAN其它数据业务网S1-UP-GW集团客户、家庭用户SAE-GWS-GW完成类似于SGSN的功能完成类似于GGSN的功能TD-LTE仅存在核心网分组域（EPC）S5/S8核心网-网络融合11Page11保护投资降低负荷Page

6、12一、LTE核心网网络架构及网元功能二、LTE业务实现方案及基本流程三、EPC网络组织四、EPC带宽计算简要流程EPC(Evolved Packet Core)HSSDNSMME(3) 选择S-GW、P-GW(4) P-GW地址E-UTRAN外部数据网(5) 请求为用户建立默认承载eNodeBP-GWS-GW(6)为用户建立默认承载(分配用户IP地址)SAE-GatewayPage13后续，当用户需要与外部数据网通信时，使用已经建立的“默认承载”用户接入网络后， 系统立即为用户建 立一个“默认承载”（类似于PDP）- Always On Line- 用户需要IP地址IP网络 基于3GPP标准

7、规定的SGs接口方式现网短信中心仅用于“短信”，MSC全网/全省可固定选择1个MSC-S3Server21电路域4HLR融合的HSS/HLR0SGs接口MMEHSSIP网络5E-UTRANeNodeB14Page14S-GW SAE-GWP-GW5：MME将“短信”通过LTE网络发送至用户4：MSC-S通过SGs接口将“短信” 发送至MME1、2、3：正常的短信业务流程， 短信中心将“短信”发送至MSC-S0：MME与MSC-S之间通过SGs接口执行联合位置更新，HLR记录用户位于此MSC-S适用于：- 计费信息- 接收“彩信”LTE“单待”终端驻留在LTE网络时，不能使用2G/TD电路域短信

8、业务双待终端：始终由电路域提供话音业务双待双卡终端SGs接口短信 MSC拜访MSC ServerServerHSS/HLR2G/TD电路域A双待单卡终端SGs接口MMEEPC“单待”终端：执行SGs接口联合位置更新“双待”终端：不执行SGs接口联合位置更新CS-GWE-UTRANBP-GWSAE-GW单待单卡终端Page15A：话音业务B：数据业务C：单待终端的短信业务卡2G/TDLTE卡2G/TDLTE卡12G/TD卡2LTELTE终端的来话呼叫主叫局将呼叫接续至MSC-S通过SGs接口终端此时有一个CS域来话呼叫电路域21主叫局查询HLR，HLR 将MSC-S提供的MSRNMSC Serv

9、erHLR返回给主叫局通过SGs接口执行“联合位置更新”2G/TD RAN终端切换至TD/2G网络响应寻呼MGW54IMS核心网其它数据业务网HSS0-2MMEDN S建立话路连接LTE终端（多模单待）同时，LTE终端将数据业务也切换到2G/TD分组域IP网络E-UTRAN0-1eNodeBS-GWP-GWSAE-Gateway用户接入LTE网络， 鉴权、位置更新Evolved Packet Core1、与LTE共覆盖区的所有MSC Server均需改造支持CSFB2、LTE终端需支持CSFB 中国移动通信集团设计院Page163IP网络终端位于TD/2G网，由电路域提供业务终端位于LTE网：

10、-主叫：切换至电路域提供业务-被叫：通过LTE得到来话后切换至TD/2G无线网，通过电路域接收呼叫现网改造或新建电路域MSCServerMSC Server Enhanecd SRVCCMME与SRVCC MSC-S之间新增Sv接口- 传送“切换”信息 IP网络2G/TD RANMGWMGWLTE终端切换到2G/TD网络MME控制话音切换EPCMMEIMS核心网其它数据业务网话音业务E-UTRANIP网络S-GWP-GWSAE-GatewayPage17- 切换流程复杂；eNodeB- 时延较长，可能会影响成功率SRVCC实现方案：终端位于TD/2G网，由电路域提供业务终端位于LTE，CM-I

11、MS负责业务处理， LTE/EPC提供IP通道- 利用TD-LTE/EPC作为透明传送的IP通道， 将TD-LTE终端接入IMS网络，由IMS网络为用户提供话音业务 LTE VoIMS。Page18一、LTE核心网网络架构及网元功能二、LTE业务实现方案及基本流程三、EPC网络组织四、EPC带宽计算eNodeB与MME之间的网络组织方案一：为每个eNodeB固定配方案二：MME POOL置其所归属的一个MMEMMEMMEMMEMME用户第一次附着在网络中时，由eNodeB负责为用户选择1个MME，同时MME为用户分配一个GUTIGUTI = MCC+MNC+MMEGI+MMEC +M-TMSI

12、MME POOL号标识MME 标识MME POOL是3GPP R8版本的必选基本功能增加了MME向eNodeB的反馈机制（ MME可以向eNodeB下发weight，标识自己的负荷状态，供eNodeB选择POOL内的MME ） 建议：采用方案二- MME POOL作为基本的必选功能要求- 当MME数量达到2个以上，且覆盖区域连续的情况下，部署MME POOLPage19S-GW与eNodeB之间的网络组织方案一：归属连接设置eNodeB与S-GW的归属关系；即：各eNodeB的业务仅由固定的一个(或两个)S-GW负责疏通方案二：全连接不设置eNodeB与S-GW的归属关系；即：各eNodeB的

13、业务由一组S-GW负荷分担的疏通P-GWP-GWMMEMME IP网 络 IP网络S-GWS-GWS-GWS-GWeNodeBS-GWS-GWeNodeBeNodeBeNodeBeNodeBeNodeB用户跨eNodeB漫游时，重新建立Default Bearer，S-GW不改变用户跨eNodeB漫游时，需要跨S- GW重新建立Default BearerPage20eNodeB与核心网之间IP承载方案方案一：PTN直接互连方案二：PTN通过IP承载网互连EPC EPCMMESAE-GWMMESAE-GWPTNPTN省会城市省会城市BR/ARVVIP承载网ARCEARCEVVVVPTNPTNP

14、TNPTN城市1城市2城市1城市2eNodeBeNodeBeNodeBeNodeBPage21S1/X2接口（无线网与核心网之间）承载方案建议：采用方案一Page22方案一：PTN直接互连方案二：PTN通过IP承载网互连IP地址分配集团统一制定原则，省内PTN自行规划需要IP承载网专门配置S1/X2接口的MPLS VPN，并统一规划和分配IP地址资源对IP承载网资源的占用无需占用IP承载网的资源1、需占用IP承载网的地址资源（尤其是随着eNodeB数量的增加，将来 需占用较多的IP地址资源）2、需占用CE的接口，有可能需新建CE，并增加对AR接口资源的占用3、IP承载网的传输带宽需扩容对二干传

15、输资源的占用需配置专用的资源用于LTE 但总量与方案二基本相当可共用IP承载网的传输资源。但是由于IP承载网是采用“轻载”的设计理念；需要IP承载网预留较多的传输资源用于话音业务的保障。例如：原ARBR：目前配置为1个10GE传输资源；S1接口需要10GE传 输，则ARBR需改造为（10+10）/50% = 34个10GE网络结构清晰、简单；业务网直接承载在具备IP功能的传输网上跨本地网的业务在业务网与具备IP功能的传输网之间增加了一层IP路由。（业务流多经过了CE、AR、BR的转接，增加了时延）对IP承载网“ 话音”业务的影响无影响话音业务是“固定带宽”；LTE主要承载的是“可变速率”的数据

16、业务；为避免突发的数据业务流量对话音业务资源的挤占，需要IP承载网 提供对“话音业务”资源保障功能安全性封闭的网络，安全性较高IP承载网，安全性较高EPC内部及与TD/2G分组域间IP承载方案中国移动TD/2G核心网的IP承载网络现状电路域MSC SERVERGMSC SERVERCM-IMSBSCHSSMGCF其它IMSIP专网网元2G/TD RANIM-MGWRNCIP专网MGWHLRGMGW分组域ASSBCSGSNSBCGGSNCMNETWAP等业务平台CMNETMMEHSSE-UTRANPDNS-GWP-GW集团客户、家庭用户SAE-GWEPCPage23EPC内部及与TD/2G分组域

17、间承载方案CMNETCMNETGGSNSAE GW/GGSNGGSNSAE GW/GGSNIP承载网CMNETIP承载网CMNETBGBGMME/SGSNMME/SGSNSGSNSGSN不建议采用方案一Page24需配置BG- BG集中设置，路由迂回严重- BG分散设置，增加投资较多需通过BG的业务包括：- 部分SGSN之间的切换（信令、媒体）- MME/SGSN的TD/2G业务- 部分LTE终端在TD/2G无线网的业务- MME、SGSN查询融合DNS的信令1、融合设备的Gn接口与S5/S8接口需分别独占物理接口，不能共用 接口资源不能共享，降低设备使用效率2、融合DNS位于CMNet，EP

18、C内部通信， 仍需通过CMNet访问DNS3、承载路由复杂，不便于维护管理4、融合设备同时连接CMNet和IP承载网， 为IP承载网引入安全隐患方式一：BG互通方式二：接口互通n 方案一：EPC融合设备承载在IP承载网，TD/2G核心网分组域承载在CMNetEPC内部及与TD/2G分组域间IP承载方案CMNETCMNETGGSNGGSNSAE GW/GGSNSAE GW/GGSNCMNETIP承载网SGSN/MMESGSNSGSNSGSN/MMEPage25现网TD/2G核心网分组域设备改造为融合设备，工程实施较为简单需要现网TD/2G核心网分组域设备完成Gn接口割接n 方案二：EPC融合设备

19、与TD/2G核心网分组域承载在同一张IP承载网(CMNet或IP承 载网)方式一：承载在IP承载网方式二：承载在CMNetEPC内部及与TD/2G分组域间IP承载方案鉴于如下原因：n 目前，LTE以承载高速数据业务为主n EPC采用与TD/2G分组域融合组网模式n LTE VoIMS方案尚不成熟建议：宜采用方式二，CMNet承载目前VoLTE承载仍采用CMNet承载）Page26方案二方式一：承载在IP承载网方式二：承载在CMNet业务质量现网业务影响话音业务是“固定带宽”；LTE主要承载的是“可变速率”的数据业务；为避免突发的数据业务流量对话音业务资源的挤占，需要IP承载网提供对“话音业务”

20、资源保障功能根据业务量对CMnet适当扩容， 对分组域业务质量无影响LTE业务影响1、目前，IP承载网承载容量较低，为保证LTE业务质量，IP承载网需规模扩容（取决于跨S-GW、P-GW的业务量，目前尚难预测） 2、后续LTE VoIMS业务，仍需涉及话音业务质量保障的问题1、对于数据业务，CMNet的承载容量较大，可视业务发展扩容2、后续LTE VoIMS业务，仍需涉及话音业务质量保障的问题安全性现网设备的影响不引入新的风险同现网EPC核心网安全性EPC网元承载在IP承载网上，安全性较好同现网工程实施需要现网设备割接至IP承载网便于初期的融合组网n 方案二中两种承载方式的比较Page27一、

21、LTE核心网网络架构及网元功能二、LTE业务实现方案及基本流程三、EPC网络组织四、EPC带宽计算网络设计带宽计算的基本概念话务模型峰均比协议封装效率(协议扩展因子）物理带宽利用率装载率Page28基本概念话务模型典型话务模型参数示例Page29序号参数取值1HLR/HSS 中 LTE 用户数100%2忙时附着签约比100%4忙时平均每用户流量 (不含开销)30kbps5用户数据平均包长(不含开销)500Byte6忙时承载数100%7忙时平均每用户附着次数0.3 次8忙时平均每用户去附着次数0.1 次9忙时平均每用户 TAU(跨MME)次数2.5 次10忙时平均每用户 TAU(同一 MME 内

22、)次数3 次11忙时平均每用户 TAU/RAU(MME 与 SGSN 系统之间)次数2 次12忙时平均每用户 LTE 系统内切换(跨 MME)次数1 次13忙时平均每用户 LTE 系统内切换(不跨MME)次数2 次14忙时平均每用户 S1 Release 次数20 次15忙时平均每用户寻呼(paging)次数5 次16平均每 TA 中包含的 eNodeB 数量50 个17忙时平均每用户 Service Request 次数25 次18每 Service Request 的EPS 鉴权 MME 向HSS 索取鉴权参数的次数0.1 次20内容计费(七层解析)100%开启21分组域实时计费100%开

23、启22APN 融合100%开启网络设计带宽计算的基本概念话务模型峰均比协议封装效率(协议扩展因子）物理带宽利用率装载率Page30基本概念峰均比最大值峰值均值峰值不是单纯意义上的最大值喔！Page31速率峰值：保证98%的流量（折线下的面积）能够正常通过的取值均值：所有测量点的算术平均值峰均比：峰值/均值20181614121086420时间123456789 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31峰均比WWW业务仿真情况321.5均值=Page32对于WWW业务，几个典型值如下（此处u为平均流量）：系

24、统吞吐量小于1.5，能够保证90.52%的用户数据流量正常通过吞吐量小于2，能够保证概率为99.66%的用户数据流量正常通过吞吐量小于3，能够保证概率接近为100%的用户数据流量正常通过从上述可见，2倍均值的吞吐量已经接近累计概率1，因此在满足一定的QOS要求条件下，WWW业务 网络节点峰均比取2已经能满足要求。峰均比现网局点流量统计结果Page33PS网络规划推荐的峰均比：1.5:1如果客户有更高QOS 需求，可以使用2:1 均峰比。峰均比基本都在1.5以下，高于1.5 的局点都是极小流量的局点；流量越大越能反映实际的峰均比。网络设计带宽计算的基本概念话务模型峰均比协议封装效率(协议扩展因子

25、）物理带宽利用率装载率Page34核心网相关接口协议EPC核心网控制面协议栈示意图Page35核心网相关接口协议EPC核心网用户面协议栈示意图Page36常见协议封装格式-以太帧Ethernet II 帧格式在帧头有7个字节的前同步码，一个字节的定界符，在帧尾还有4 个字节的帧校验序列。MAC帧总共花费的字节数是：716624 = 26 bytesPage37常见协议封装格式-IP 报文04816192431版本首部长度服务类型总 长 度20 个字节固定长度标识标志段 偏 移寿 命协 议首部检验和源 站IP 地 址目 的 站 IP 地址长度可变长度 可 变的 任 选 字 段填充 IP头部字节数

26、是： 20 bytes （固定长度）Page38常见协议封装格式-UDP 报文UDP头部字节数是： 8 bytesPage3916-bit source port number16-bit destination port number16-bit UDP length16-bit UDP checksum常见协议封装格式-GTP报文(V1)8 字节GTP头部字节数： 8 bytesPage40常见协议封装格式-SIGTRANSIGTRAN各层网络开销Page41封装开销长度SCCP头长度20bytesM3UA头长度16bytesSCTP/UDP28bytes/8 bytesIPIPV4/IP

27、V620bytes/40bytes协议封装效率（扩展因子）协议栈封装效率：指的是业务净荷与所需物理层带宽的比值。与采用的协议 封装格式以及业务净荷长度相关。扩展因子 = 1 / 协议栈封装效率示例：S1-U 协议栈1）协议封装效率是可变的，取决于协议栈和平均包长！Page42S1-UProtocol Header (Bytes)PDUXGTP-U8UDP8IP20Ethernet26Total62S1-U的封装效率= X / (X + 62)Note:1、62 协议及IP包头长度2、X,GTP净荷的长度， 话务模型平均包长协议栈封装效率S1-MMEServiceBit RateBit Rate

28、 under EthNote:1.X,GTP净荷的长度Page43封装效率 = X/ (X + 82)S1-APSCTPIPEthernetPHYProtocol Header (Bytes)S1-AP8SCTP28IP20Ethernet26Total82协议栈封装效率S6aServiceBit RateBit Rate under EthNote:1.X,GTP净荷的长度Page44封装效率 = X/ (X + 78)DiameterSCTPIPEthernetPHYProtocol Header (Bytes)Diameter4SCTP28IP20Ethernet26Total78协议栈

29、封装效率S1-UServiceBit RateBit Rate under EthNote:1.X,GTP净荷的长度Page45封装效率 = X/ (X + 62)GTP-UUDPIPEthernetPHYProtocol Header (Bytes)GTP-U8UDP8IP20Ethernet26Total62协议栈封装效率S10/S11Service Bit RateBit Rate under IPNote:1.X, 数据报平均长度，单位bytePage46封装效率(V1) = X/(X + 58)PDUGTP-CUDPIPL2PHYProtocol Header(Bytes)GTP4(

30、V2)UDP8IP20Ethernet26Total58(V2)协议栈封装效率S5/S8Service Bit RateBit Rate under IPNote:1.X, 数据报平均长度，单位bytePage47封装效率(V1) = X/(X + 62)PDUGTP-UUDPIPL2PHYProtocol Header(Bytes)GTP8(V1)UDP8IP20Ethernet26Total62(V1)协议栈封装效率SGiService Bit RateBit Rate Under IPNote:1.X, 数据报平均长度，单位bytePage48封装效率 = X/(X + 26)UDP/T

31、CPIPL2PHYProtocol Header (Bytes)Ethernet26Total26主要接口协议栈开销汇总Page49接口连接网元协议栈协议栈开销S1-MMEeNodeBMMES1-AP/SCTP/IP/L2/L182字节S1-UeNodeBSGWGTP-U/UDP/IP/L2/L162字节S5SGWPGWGTP-U/UDP/IP/L2/L1(用户面)GTP-C/UDP/IP/L2/L1(控制面)62字节S8SGWPGW(其它PLMN)跟S5一样62字节S6aHSSMMEDiameter/SCTP/IP/L2/L178字节GxPGWPCRFDiameter/SCTP/IP/L2/L178字节S10MME-MMEGTP-C/UDP/IP/L2/L162字节S11MME-SGWGTP-C/UDP/IP/L2/L162字节SGiPGW外部数据网应用/IP/L2/L126字节协议栈封装效率实例Page50平均包长X500接口类型(用户面)协议栈封装效率协议栈封装长度封装效率S1-UX/(X+62)620.890 S5/S8（GTPv1）X/(X+62)620.890 SGiX/(X+26)260.951