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WWW POTEVIO COM EPC核心网系统架构 中国普天信息产业股份有限公司PotevioCompanyLimited Page2 课程内容 第一章EPC系统概述第二章EPC硬件体系结构第三章EPC软件体系结构第四章EPC典型配置和组网方式 Page3 TD LTE宽带接入系统介绍 TD LTE宽带接入系统是基于3GPPTD LTE标准的宽带专网系统 用于满足各种类型的行业性通信需求 该系统主要由终端系统CPE 无线接入网络E UTRAN 分组核心网络EPC 操作维护系统eOMC组成 Page4 TD LTE背景 TD LTE背景随着移动通信技术的不断成熟和用户需求的不断提升 宽带无线接入的概念开始被越来越多的运营商和用户关注 相比较于WiFi和WiMAX等无线接入方案的迅猛发展 3GPP组织制定的HSDPA HSUPA虽然在支持移动性和QoS方面有较大优势 但是在无线频谱利用率和传输时延等方面有所落后 此外 一方面目前的数据类业务种类繁多且数据量大 对空口的数据传输数率提出了更高的要求 另一方面OFDM技术为核心的无线接入技术逐渐成熟 大幅度提升空口速率可以变为现实 因此目前HSDPA提供的14 4Mbit s峰值速率已经无法满足需求 为此3GPP组织经过认真的讨论决定使用现在为3G分配的频段 采用新的技术来进行网络演进 并为此制定长期演进计划LTE LongTermEvolution 长期演进 Page5 TD LTE宽带接入系统网络组成 Page6 TD LTE宽带接入系统组成 终端系统CPE用于完成用户各种业务功能 无线接入网络E UTRAN由eNodeB组成 主要实现接入网功能 包括空口处理 S1口处理等 分组核心网络EPC作为宽带接入系统的核心网 主要为用户提供高速的移动宽带接入业务 并为用户提供会话管理 移动性管理 承载管理及切换管理等功能 操作维护系统eOMC主要完成对于接入网子系统 核心网子系统和用户签约数据库的操作维护管理等功能 Page7 EPC分组核心网组成 TGW Page8 EPC分组核心网组成 EPC分组核心网由xGW S GW PGW TGW 集群xGW 移动管理实体 MobilityManagementEntity MME 归属用户服务器 HomeSubscriberServer HSS PCRF DNS CG等实体构成 xGW 负责用户面数据路由处理 管理和存储终端的承载信息 同时承担终端接入PDN的网关功能 分配用户IP地址 MME 控制面功能实体 临时存储用户数据的服务器 负责管理和存储UE相关信息 比如UE用户标识 移动性管理状态等 为用户分配临时标识 处理MME和UE之间的所有非接入层消息 HSS 存储并管理用户签约数据 包括用户鉴权信息 路由信息 位置信息及路由信息 PCRF 策略和计费控制平台用于用户信息管理 PCC策略管理 PCC策略动态生成以及事件触发等差异化服务业务 DNS 名字服务器系统 CG 计费网关系统 Page9 EPC2080产品特点 EPC设备包括七个网元 其中 PCRF DNS CG采用机架式通用服务器 MME xGW HSS TGW采用成熟的ATCA硬件平台 硬件平台成熟具有高稳定性 高可靠性 系统容量可在不超过最大容量前提下灵活配置 以满足用户或业务的变换 可扩充性强 可以根据产品需要 对设备进行扩容 功能丰富支持多种PS域业务数据传输 支持同一UE的多业务承载 支持UE发起的承载修改流程 业务板卡可扩展来实现负荷分担功能 Page10 EPC2080产品特点 配置灵活采用模块化设计方法 可以利用模块堆叠的方式对系统进行平滑扩容 实现在线扩容 能最大限度节省投资 同时扩容不影响已有业务 业务配置灵活 可以根据网络建设的不同阶段 用户对数据业务的不同需求配置设备 平滑演进平滑的在线扩容 只需在业务处理机框上添加相应的处理功能插板 插板启动后 可以自动加载程序 获得系统内部连接数据和用户配置数据 自动进入服务状态 即插即用 且不影响当前业务 支持单独的宽带接入业务 也支持宽带接入和宽带集群混合业务 Page11 EPC2000产品特点 EPC01 2000设备包括MME XGW HSS TGW等网元 硬件采用DELL开发的PowerEdgeR710服务器 其外形规格为2U机架式 EPC具有以下特点 功能丰富支持多种PS域业务数据传输 支持UE的IP地址动态分配 支持同一UE的多业务承载 支持集群业务 单呼 组呼 全呼以及集群短消息 配置灵活 采用模块化设计方法 可以利用模块堆叠的方式对系统进行平滑扩容 实现在线扩容 能最大限度节省投资 同时扩容不影响已有业务支持标准的平滑演进方便实用的操作维护功能系统高可靠性 Page12 课程内容 第一章EPC系统概述第二章EPC硬件体系结构第三章EPC软件体系结构第四章EPC典型配置和组网方式 Page13 本章内容 第一节ATCA硬件平台第二节EPC01 2000平台硬件第三节通用服务器硬件 Page14 ATCA机架外观 EPC采用2200mm有门机柜 遵循19 工业机柜标准 物理尺寸 高 宽 深 2200mm 600mm 800mm机柜的组成电源分配框PDP业务处理机框C4100交换机和走线槽 Page15 业务处理机框C4100 EPC硬件平台控制是基于ATCA的 具有高可靠性 高集成度 处理能力强等特点 业务处理机框 13U19 的物理尺寸 高 宽 深 575mmx483mmx505mm主要特性 集成了供电和风扇单元 提供了DC电源输入 同时为ATCA板卡提供强制风冷 提供14个ATCA节点槽位 冗余电源配置和风扇散热系统 基本接口 双星型拓扑 支持1G 交换接口 双星型拓扑 支持10G 支持板卡热插拔 Page16 ATCA架构 开放式 可互操作的电信行业标准 采用服务可用性 SA 论坛的标准API 广泛的价值链支持 专为多种机箱尺寸与配置的重复利用而设计 ATCA能更好的满足电信应用对单板空间 功耗 带宽 系统管理的要求 支持高级交换 以太网 StarFabric等 支持标准操作系统 OS 电信级Linux 电信级Windows 适合标准19英寸或600毫米机架 Page17 业务处理机框C4100 C4100主要组成如下 背板 提供两个交换槽 12个节点槽 14个双星型互连的基本和交换接口 机框管理基本接口 相邻板卡间的更新通道 同步时钟总线 同时背板为每个节点板提供电源接口 物理定位具有高稳定性 高可靠性 2块ATCA M100机框管理板 ATCA M100板插在C4100机框的专门槽位 提供机框的监测 控制 保证机框各部分的正确操作 是机框的中心管理单元 它能够上报异常和错误 收集详细的部件信息 传感器状态信息等 两块ATCA A100告警板 12个用于ATCA节点板的槽位 主要用来插入通用处理板和接口板 支持多种PS域业务数据传输 2个交换槽位 这两个槽位安装交换板 这个板能够提供标准的PICMG3 0基本接口和PICMG3 1交换接口的交换 同时也可以选择增加TDM时钟用于同步线卡和其他机框 Page18 业务处理机框C 4100后面板 Page19 业务处理机框的硬件构成 Page20 业务处理机框PEM电源模块 C4100机框有4个智能PEM PowerEntryModules 被安装在背板尾部的下方 4个PEM 电源模块 冗余供电 即A1和B1互为冗余 给机框奇数槽位供电 A2和B2互为冗余给偶数槽位供电 没有冗余电源时 需要两个电源 即需要A1 A2或B1 B2任意一组 最小的操作电压为 40VDC 电源供电能力4000W 每个PEM都配备有继电开关或保险丝 机框能够为每个槽位提供215W功率 其中 前板为后插板提供25W功率 Page21 业务处理机框电源分布 Page22 业务处理机框槽位分布 Page23 业务处理机框槽位分布 12个节点槽 可用于安装通用处理板 用户面和信令面 xGW MME等 应用逻辑板将部署于通用处理板上 在一块通用处理板上运行多个应用逻辑板实例 EPC的S1接口将部署于通用处理板上的接口板上 Page24 单板结构和背板连接器分配 各个节点板的连接器分为三个Zone 其中Zone1用于给前面板供电和机框管理 Zone2与背板相连实现与其它板卡的通信 zone3用于用户定义的 I O内部互相连接的连接器 Page25 ATCA背板接口 Base接口Base接口以10 100 1000BAST T以太网的双星型结构提供了机框内的IP传输 两个交换板互连并与其余12个节点板卡以及机框管理板连接 节点板卡则只与两块交换板连接 每个接口需要2对差分信号提供双工传输 Fabric接口Fabric接口是网络平台机框中的主要数据传输接口 网络平台在每个交换板板子上定义了多达15个通讯通道 在每个节点板上配置了两个通讯通道 这些通讯通路被配置成双星型拓扑结构 在双星型拓扑结构中12块节点板同两个不同的交换板都有通路 交换板在机框中扮演交换核心的角色 Page26 通用处理板 通用处理板套件具有高速计算和大规模数字处理的能力 包括两个子组件 通用处理板接口板通用处理板可以安装在机框里的任何一个节点槽位上 逻辑3 14槽位 但是通用处理板作为系统板 接口板必须与通用处理板对插 Page27 通用处理板 Page28 通用处理板 处理功能支持双核LVIntelXeon5138 2 13GHz 处理器 支持4MBL2缓存 最多支持4个FB DIMMs 单个DIMM支持为512MB 1GB 2GB 4GB 最大支持16GB 接口功能提供两个Base接口 10 100 1000Base T 和两个Fabric接口 1000Base BX 提供两个EthernetUpdateChannel接口 1000Base BX 提供两个USB2 0接口 与USB1 1相兼容 提供一个IPMC串口 也作为系统串口 规格是RS232和RJ 45 提供连接到CPU和IPMC串口控制的串口 提供两个SAS硬盘 接口板提供一个监控接口和一个USB1 1接口 通过可选的子卡 接口板还可以提供外部GE接口 Page29 通用处理板 通用处理板提供IPMC 智能平台控制器 它是单独供电的 IPMC通过冗余的IPMB连接到ATCA M100 环境传感器温度 电压 系统事件日志 看门狗定时器 上电 下电 冷重启 SOL SerialOverLAN FRU热插拔管理 E Keying控制 综合功能千兆以太网控制器 IPMISAS存贮控制器 视频控制器 Page30 通用处理板接口板 通用处理板接口板必须与处理板一起使用 由处理板供电 提供4个子板连接器 子板连接器可支持GE GigabitEthernet千兆以太网 子模块 通用处理板通过IPMC来管理接口板 通用处理板监控接口板工作状态 Page31 通用处理板接口板 子板连接器上没装子板的时候 必须装一个防尘帽 Page32 GE子板 GE子板提供两个10 100 1000MBase T自适应RJ 45接口 如图所示 GE子板有两个网口指示灯 通过这两个指示灯可以判断外部以太网接口的当前状态 Page33 EPC对外接口 EPC对外接口主要是通过通用处理板的接口板插入GE模块来实现的 接口板可以提供四组双GE模块 最大可提供8GE流量 EPC外部接口都通过该模块以IP方式和外部网元进行通信 Page34 交换板前板 交换板提供业务处理机框的数据交换 在C4100机框中 交换板为ATCA F120板 采取双平面冗余方式 双星型拓扑的Base和Fabric通道 提供线速无阻塞L2交换功能 是业务处理机框的数据交换中心 交换板位于业务处理机框的第1 2逻辑槽位 提供以下以太网接口 在背板上提供15个1000BaseTBase通道 在背板上提供15个10G BX4 1000BXfarbic通道 SERDES接口 与更新通道连接 面板上提供一个1000Base T管理接口 面板上提供一个Base通道扩展接口 面板上提供一个1000BaseT接口 Page35 交换板前板 Page36 交换板尾板 RTM ATCA F120C是 交换板的尾板 能提供 4个10G以太网Fabric上行链路接口 与CX4连接器相连 2个10G以太网Base通道上行链路接口 与CX4连接器相连 4个1G以太网Base通道接口 与RJ 45连接器相连 4个1G以太网Fabric通道接口 与RJ 45连接器相连 2个RJ 45时钟接口连接器 用于机框间时钟配置 Page37 机框管理板ATCA M100 ATCA M100是一个2U的机框管理板 放置在ATCA系统一个专有的机框管理槽位里 能提供对16块ATCA板卡的管理以及对风扇 电源 告警模块和机框FRU的管理 在一个冗余配置的机框内 使用两块ATCA M100板卡作机框管理 主要功能包括 收集机框中的传感器信息 监控机框环境 上报错误 根据条件采取各种操作 管理各个互连的资源防止由于热插拔而对板卡产生损伤 Page38 ATCA M100面板 Page39 告警板ATCA A100 ATCA A100是ATCA平台机框配置和告警板 位于C4100机框RTM区域的下面 通过IPMB总线访问 ATCA A100是具有通用目的的板卡 提供了其它FRU没有实现的所有功能 包括 机框FRU信息存储 两个过滤开关和四个温度传感器接口 提供电信告警功能 主要 次要和严重告警 状态和告警通过前面板LED可视 IPMB0 A和IPMB0 B接口 Page40 ATCA A100面板 Page41 EPC基本硬件配置 Page42 本章内容 第一节ATCA硬件平台第二节EPC01 2000平台硬件第三节通用服务器硬件 Page43 EPC2000外观结构 EPC01 2000平台硬件采用DELL开发的PowerEdgeR710服务器 其外形规格为2U机架式 可安装于19 标准工业机柜 机柜采用先进的机械加工和表面处理工艺 整体性好 美观实用 机械强度高 并且具有很好的环境适应性 Page44 本章内容 第一节ATCA硬件平台第二节EPC01 2000平台硬件第三节通用服务器硬件 Page45 服务器硬件介绍 PCRF DNS CG网元使用IBMSystemx3650M3服务器 IBMSystemx3650M3 1 5T 是适用于关键业务应用的性能优化服务器 通过全新的6GbpsRAID适配器 I O性能提升一倍 为关键业务应用和虚拟化环境提供了理想的弹性架构 服务器正视图 Page46 服务器硬件介绍 服务器后视图 Page47 数据存储介质硬件介绍 数据存储介质采用的是DS3500 12T SAS 如图所示 Page48 课程内容 第一章EPC系统概述第二章EPC硬件体系结构第三章EPC软件体系结构第四章EPC典型配置和组网方式 Page49 本章内容 第一节MME xGW HSS软件体系第二节PCRF DNS CG软件体系 Page50 MME xGW HSS软件体系结构 Page51 MME xGW HSS软件体系结构 MME xGW HSS软件实现分为三个层面 操作系统和驱动程序层 通用软件平台层 应用软件层 操作系统和驱动程序层包括实时操作系统 硬件驱动组件提供底层不同硬件的驱动程序 比如总线驱动程序 端口驱动程序等 通用软件平台层 为应用层和底层实时操作系统OS层之间提供了统一的软件接口 使应用软件的编写独立于所使用的底层实时操作系统OS 同时 该公共软件平台提供HA管理和OAM代理功能 应用软件层包括以下软件模块 系统控制模块 控制面功能模块 用户面功能模块 用户信息管理模块 Page52 通用软件平台层功能 MME xGW HSS选择NPT软件平台作为逻辑板的运行平台 Page53 平台软件部署 每个通用处理板可以部署多个应用进程 每个应用进程视为一个逻辑单板 绑定至一个CPU核 系统板采用1 1主备冗余模式 部署于基本业务机框11 13槽位通用处理板 占用2个CPU核 Page54 HA和热插拔控制 HA是多业务处理机框管理系统机制 CMS ChassisManagementSystem 的主要功能之一 采用MHA LHA MHA LHA是平台HA的分层管理结构 即MasterHA到LocalHA 与MA和SA的关系是类似的 的分级管理机制 完成软硬件资源管理 数据备份 板卡状态设置 主备板倒换控制等系统功能 MHA位于系统板内 是所有功能板的中心控制器 LHA位于各个功能板中 实现本地HA功能 每个机框的管理是通过机框管理板来实现的 系统板MHA对系统内每个板卡的访问是通过系统管理板的HPI HPI是Hardwareplatforminterface的缩写 是对ATCA硬件资源进行监测 控制 管理的一套接口 进行操作的 Page55 应用软件层功能 应用软件层由以下几个功能模块组成 Page56 系统控制模块 EPC的系统控制模块由业务处理机框的通用处理板和接口板完成 其中接口板主要用来提供给外部连接用的8个GE口 系统板采用1 1冗余备份 且必须部署于业务管理机框中的相邻槽位 通过机框背板接口与本机框的机框管理器 ATCA M100 通信 系统板所在机框与其它业务处理机框的管理平面通信则是通过机框之间RTM ATCA F120的连接来进行通信 主要功能包括 控制EPC业务处理机框中的ATCA背板 为EPC提供HA和热插拔控制能力 作为业务处理机框中的各个模块的OAM代理 提供硬盘和FE端口扩展能力 Page57 控制面功能模块 MME移动管理实体 MME是终结eNodeB信令面消息的网元 具体包括以下功能 系统资源管理 包括MME本身资源管理 eNodeB xGW HSS 其他MME资源管理 UE资源管理 信令处理及信令传输功能 包括NAS信令 S1信令 GTP信令 Diameter S信令的处理和传输功能 业务处理功能 包括网络管理 UE移动性管理 EPS承载管理 可测性功能 Page58 用户面功能模块 xGW xGW是终结MME用户面消息的网元 具体包括以下功能 上下文维护 包括UE控制面上下文维护 UE用户面承载上下文维护等 面向PDNSGi接口数据包的过滤及映射 数据包转发 包括S1U接口 SGi接口数据包的转发 ECM IDLE状态下 缓存下行数据包并发起网络端触发的ServiceRequest过程 eNodeB间切换时发送一个或多个EndMarker数据包给源eNodeB 与PCRF交互获取计费规则并完成辅助计费功能 流量控制 UEIP地址的分配 Page59 集群模块 TGW TGW是集群特性开发新增的一个网元 只用于处理集群组呼业务 面向E UTRAN终结于S1 U口 面向SCC终结于D1 U口 主要功能包括组呼建立 释放 修改 组呼下行数据数据包的转发等 支持组呼的建立 修改 释放 分配 保存和修改组呼上下文 支持数据包解析和封装 将D1 U数据包转换成S1 U数据包 支持组呼下行数据包群发 并统计各接口数据包的发送个数 支持与MME之间的Echo交互流程 对组呼下行数据进行流量限制和整形 Page60 用户信息管理模块 HSS归属用户服务器 HSS主要功能是查询和设置网络中UE的签约信息及移动性信息 与之交互的网元主要有两个 MME和xGW HSS的主要功能包括 查询并向MME提供UE的签约数据 HSS与MME之间的接口为S6a接口 通信协议为Diameter协议 通过查询数据库向xGW提供PCC规则 HSS与xGW之间的通信采用Diameter消息 Page61 MainPM模块 MainPM板卡不提供业务功能 用于满足操作维护需求中全采全报功能 其汇总处理应用单板上报的PM数据 将一个PM采集周期内上报的所有PM节点数据统一处理后放入PM采集文件 并将生成的PM采集文件通过FTP服务器上传给eOMC 供eOMC生成相应的性能报表 MainPM采用1 1备份功能 在EPC设备内只有1个实例 保证采集数据的稳定和连续性 MainPM和各个逻辑板卡通过内部IP交换进行通信 无组网需求 MainPM具有记录自身运行记录机制 Page62 数据交换功能 Base平面 系统管理和OM 采用双星型集中式管理连接与单网结合的方式 即1GBase连接和10GBase连接 1GBase连接是系统管理器作为星型网络中心 其它各板卡作为星型网络节点 其中1 业务处理 C4100 机框中各板卡 通过背板与系统管理器通信 2 业务处理机框通过F120交换板与系统管理器通信 注 1 业务处理C4100机框为主业务处理机框 其它为从业务处理机框 Page63 模块之间数据流 Page64 本章内容 第一节MME xGW HSS软件体系第二节PCRF DNS CG软件体系 Page65 PCRF DNS CG软件体系设计原则 系统标准性 系统遵循3GPP相关国际标准以及国内运营商行业标准 系统灵活性及可扩展性 灵活的架构设计 不仅有利于后期的功能升级 还可以减少因系统升级带来的业务风险 系统健壮性 作为一款运营商级的网元设备 系统健壮性要求很高 因此在系统设计时充分考虑各种不稳定因素 并逐一防范于未然 系统精确性 计费网元要求业务处理具备必须的精确性 系统高效性 采用高效的算法及处理机制 保障系统的处理性能 Page66 PCRF软件结构 Page67 PCRF软件结构 PCRF软件体系结构中 策略和计费控制平台PCRF用于用户信息管理 PCC策略管理 PCC策略动态生成以及事件触发等差异化服务业务 平台将生成的PCC策略通过Diameter协议下发到PCEF 由PCEF来执行策略 同时 PCEF通过业务数据流检测将采集到的网络状况和用户业务行为上报给PCRF 策略控制和计费平台通过WebService与营帐系统进行用户信息管理 实现用户开户 销户和信息管理的操作 提供和综合网管系统的接口 以便将来和PCRF平台网管系统对接 进行对网络的管理和维护 Page68 DNS系统组成 DNS网元由三个部分组成 分别是权威型名字服务器 ADNS 递归型名字服务器 RDNS 和名字服务器管理系统 DMS ADNS是权威型名字服务器 拥有管理员分配的权威区域数据 对于客户对ADNS所管理的区域数据的查询 ADNS将作出权威性的响应 RDNS是递归型名字服务器 和ADNS不同 RDNS并不掌管权威区域数据 仅将收到的查询请求转发给指定的名字服务器或者根域名服务器 迭代查询得到最终解析结果 并将其回复给客户 DMS是名字服务器管理系统 为方便用户配置和管理ADNS和RDNS提供了人性化的图形管理界面 通过DMS 用户可以方便地查看或修改系统配置参数 添加 查询 修改或删除所管理的权威区域的数据 而无需通过命令行方式与系统配置文件和数据库进行交互 Page69 DNS系统组成 Page70 DNS软件结构 DNS后台服务程序 ADNS和RDNS 均采用高速缓存机制 对于客户域名查询 首先查询缓存 如果缓存匹配 则直接向客户回复响应 每次数据库查询或递归查询后 无论是成功解析还是失败解析都加入缓存 通过高速缓存机制 避免了对数据库的频繁访问 提高了系统性能 DNS后台服务程序提供多种主流数据库支持 由于采用了抽象层与数据库后端分离的分层机制 易于扩展数据库后端 可根椐客户需求提供对其它数据库的支持 DNS后台服务程序采用多线程机制 在多核或多处理器的服务器上性能更加突出 同时后台服务程序提供监控进程机制 在服务进程出现异常的情况下 不用人为干预而重新启动服务进程 进一步增强了系统的可靠性和稳定性 Page71 DNS软件结构 Page72 CG软件结构 计费网关系统 CG 架构主要分为数据处理层 数据管理层和数据存储层 CG软件架构具有良好的伸缩性和可扩展性 采用成熟的分层模块化设计思想 模块按功能需求相对独立的应用划分 每个模块可以单独存在并运行 根据运营商的实际情况 可以对CG相应模块进行裁剪或扩充 而不影响整个系统的运行 Page73 CG软件结构 Page74 课程内容 第一章EPC系统概述第二章EPC硬件体系结构第三章EPC软件体系结构第