演进核心网-EPC简介

演进核心网 EPC介绍 HOWSOTECHNOLOGIESCO LTDHowsoConfidential 培训讲师 培训日期 培训目标 了解LTE核心网EPC 目录 技术背景 互通应用场景 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 IMTAdvance4G CDMA2000Evolution 2001 2005 2006 HSDPAPhaseI1 8M 3 6Mbps HSDPAPhaseII7 2 14 4MbpsHSUPA2M 5 76Mbps LTEDL 100MbpsUL 50Mbps GSM GPRSEDGE171 384kbps WCDMAR99 R4384kbps WCDMAEvolution 2007 2008 2009 HSPA DL 40MbpsUL 10Mbps 1xEV DORev 0DL 2 4MbpsUL 153 6kbps DORev B MCDO DL 46 5MbpsUL 27Mbps 1xEV D0Rev ADL 3 1MbpsUL 1 8Mbps CDMA1X153kbps 2010 2011 IEEE802 16e70Mbps IEEE802 16mDL 100MbpsUL 50Mbps WiMAXEvolution IEEE802 16d20Mbps 无线接入技术逐步宽带化 GGSN SGSN GGSN 3G DTS IP UTRAN 统一核心网 统一IP承载方式 统一控制承载分离 统一扁平化的网络 GSM TDSCDMA Non 3GPP LTE eUTRAN 统一分组核心网的网络结构 1 可行性研究阶段2004年12月正式立项至2006年6月完成 主要是网络结构优化的可行性研究 输出的基准协议是3GPPTR23 882 3GPPsystemarchitectureevolution SAE Reportontechnicaloptionsandconclusions 2 Stage1 需求阶段 定义SAE的需求 2006年12月完成输出的基准协议是3GPPTS22 278 Servicerequirementsforevolutionofthesystemarchitecture 3 Stage2 技术实现阶段 定义SAE的网络结构 功能实体及其相互接口 2008年6月完成输出的基准协议包括 3GPPTS23 401 GeneralPacketRadioService GPRS enhancementsforLongTermEvolution LTE access 3GPPTS23 402 3GPPSystemArchitectureEvolution SAE Architectureenhancementsfornon 3GPPaccesses 4 Stage3 协议实现阶段 定义各接口上的具体协议 2009年3月完成当前定义的协议有 3GPPTR24 801 3GPPSystemArchitectureEvolution SAE CTWG1aspects 3GPPTR29 803 3GPPSystemArchitectureEvolution SAE CTWG4aspects 3GPPTR29 804 3GPPSystemArchitectureEvolution SAE CTWG3aspects EPC的标准化进展 3GPPEPS的关键特征 EPS能够接入不同的接入系统 为用户提供多接入的环境EPS能够支持同一接入系统内 不同接入系统之间的移动性EPS能够支持3GPP以外基于IP的宽带接入网络EPS提供更强的性能 包括低延时 低建链时间 高通信质量等EPS能够支持用户在EPS之间以及EPS与现有网络之间的双向漫游EPS能够支持3GPPR7及更早PS网络的业务 并支持和3GPPR7及更早PS网络的互通 EPC需要能够和3GPPR7及更早CS网络业务的互通EPS支持3GPP接入之间的业务连续 以及3GPP与non 3GPP接入系统之间的业务连续EPS能够支持固定接入系统互通 提供固定接入系统的业务连续性EPS支持运营商提供的各种业务 包括语音 视频 消息 文件交换等EPS能够充分利用系统资源 包括频谱资源 终端电源等 概念简介 EUTRAN EvolvedUniversalTerrestrialRadioAccessNetwork 仅指无线侧 EPC EvolvedPacketCore 仅指核心网 EPS LTE LongTermEvolution EUTRAN仅指无线侧 SAE SystemArchitectureEvolution EPC 仅指核心网 目录 技术背景 互通应用场景 目录 EPC基本原理EPC系统架构和特点基本概念EPS系统PDN连接和默认APN跟踪区和跟踪区列表移动性管理和连接管理承载管理业务流程举例 EPC标准架构及网元功能 SGSN 2G TD LTE HSS BTS BSC PCU NodeB RNC eNodeB S1 U S6a Gx Gb Iu S1 MME S11 SGi MME PCRF S9 InternetPSService ServingGW PDNGW S5 8 SAEGW S6d S10 BOSS CG S4 S3 MME LTE接入下的控制面网元 负责移动性管理功能S4SGSN 2G 3G接入下的控制面网元 相当于接入2G 3G的MME 进行移动性管理和会话管理S GW SAE网络用户面接入服务网关 相当于传统GnSGSN的用户面功能P GW SAE网络的边界网关 提供承载控制 计费 地址分配和非3GPP接入等功能 相当于传统的GGSN 除了2G 3G LTE接入外 EPC同时支持WLAN WiMax CDMA等接入方式 HSS SAE网络用户数据管理网元 提供鉴权和签约等功能PCRF 策略控制服务器 根据用户特点和业务需求提供数据业务资源管控AF 业务策略提供点eNodeB 负责无线资源管理 集成了部分类似2G TD基站和基站控制器的功能 AF Rx EPC标准架构及接口功能 LTE HSS eNodeB S1 U S6a S1 MME S11 SGi MME InternetPSService ServingGW PDNGW S5 8 SAEGW S10 S3 当2G TD与LTE互操作时 S4 SGSN与MME间通信的接口 基于GTPv2S4 S4SGSN与S GW间的接口 包括控制面 GTPv2 和用户面 GTPv1 Gx PCRF与PCEF 位于P GW 间的接口 用户业务信息上报和策略下发 基于Diameter协议 SBC 集客专线 SBC CM IMS 用户局域网 CPE 接口协议栈 控制面 1 2 S5 S8接口的控制面和S11接口使用GTPv2 C协议 NAS NAS协议支持移动性管理功能和用户层承载的激活 修改和删除 NAS也负责NAS信令的加密和完整性保护 接口协议栈 控制面 2 2 S6a接口使用Diameter协议 接口协议栈 用户面 用户面GTP U基于GTPv1协议 EPS系统特点 标准LTE网络架构下 所有用户仅接入分组域未来所有业务都应通过分组域提供 仅有分组域 无电路域 控制和承载分离 网络结构扁平化 基于全IP架构 eMSC MGW CS MGW MSCS PS SGSN GGSN SGSN SAEPS MME SAE PGW HSS 2G TD网络 SAE网络 SAE无CS域 控制和承载分离 控制面MME 用户面SAEGW扁平化网络架构 LTE仅有eNodeB 用户面由2G TD三级转发变为一级转发 GGSN BSC SGSN MME eNodeB NodeB RNC BTS 核心网控制面协议主要基于GTPCv2和Diameter 用户面主要基于GTPUv1传输层协议主要基于UDP和SCTP S6a DRA DRA SGSN HSS MME 其它重要特点 支持多种接入方式 永远在线 SAE SystemArchitectureEvolution EPS EvolvedPacketSystem EPC EvolvedPacketCore 目录 EPC基本原理EPC系统架构和特点基本概念EPS系统PDN连接和默认APN跟踪区和跟踪区列表移动性管理和连接管理承载管理业务流程举例 SGSN 2G TD LTE HSS BTS BSC PCU NodeB RNC eNodeB S1 U S6a Gx Gb Iu S1 MME S11 SGi MME PCRF S9 InternetPSService ServingGW PDNGW S5 8 SAEGW S6d S10 BOSS CG S4 S3 AF Rx EPS系统 UE E UTRAN EPC EPS 目录 EPC基本原理EPC系统架构和特点基本概念EPS系统PDN连接和默认APN跟踪区和跟踪区列表移动性管理和连接管理承载管理业务流程举例 PDN连接 默认APN PDN连接PDN连接指在UE与一个PLMN外部分组数据网络 PDN 之间 EPS系统提供的IP连接 一个PDN连接可包含多个EPS承载PDN连接必须关联UE的IP地址 一个IPv4地址和 或一个IPv6地址前缀 PDN由APN标识根据UE的IP地址 可以将PDN连接分为以下三类 IPv4IPv6IPv4v6EPS系统支持一个P GW接入多个PDN 也支持多个P GW分别接入多个PDNDefaultAPN 默认APN 签约数据中定义的默认APN在附着和UE请求PDN连接 并且UE未提供APN时使用 目录 EPC基本原理EPC系统架构和特点基本概念EPS系统PDN连接和默认APN跟踪区和跟踪区列表移动性管理和连接管理承载管理业务流程举例 跟踪区 TrackingArea SGSN 2G 3G LTE MME TAI 2G 3G网络 SAE网络 跟踪区列表 TAList TAList1 目录 EPC基本原理EPC系统架构和特点基本概念EPS系统PDN连接和默认APN跟踪区和跟踪区列表移动性管理和连接管理承载管理业务流程举例 MME没有UE的位置和路由信息对于MME UE不可达部分UE的上下文仍可存储在UE和MME中 这样可以避免在每次附着流程都运行AKA流程等 移动性管理 EPSMobilityManagement EMM EMM主要用于实现用户当前位置的跟踪 以及UE的切换 位置更新等移动性管理 共有两个状态 EMM Registered UE在成功注册后 Attach过程或者跟踪区更新过程 则进入EMM REGISTERED状态在该状态下 UE可使用需EPS注册的业务 MME知道UE的位置信息可执行TA更新 周期性TA更新 寻呼 业务请求 EMM Registered EMM DeRegistered EMMstatemodelinUE EMMstatemodelinMME 去附着 附着拒绝 TAU拒绝 所有承载去激活 附着接受 UE从UTRAN GERAN选择E UTRAN时的TAU接受 去附着 附着拒绝 TAU拒绝 所有承载去激活 附着 EMM Deregistered EMM Registered 连接管理 EPSConnectionManagement ECM ECM主要用于UE和EPC之间的信令连接管理 共有两个状态 ECM IDLE UE和EPC间没有S1 MME和S1 U连接存在E UTRAN没有用户的上下文信息UE和网络间的状态可能不同步 UE与MME间存在信令连接 包括RRC连接和S1 MME连接MME精确知道UE所处的eNBID信息 ECM CONNECTED ECM IDLE ECMstatemodelinUE ECMstatemodelinMME RRC连接建立 RRC连接释放 S1连接建立 Attach TAU ServiceRequest S1连接释放 ECM IDLE ECM CONNECTED 目录 EPC基本原理EPC系统架构和特点基本概念EPS系统PDN连接和默认APN跟踪区和跟踪区列表移动性管理和连接管理承载管理业务流程举例 承载管理 基本模型 GTP basedEPSbearers 承载管理 默认承载和专用承载 IPv4v6双栈 DualStack EPS承载处理 IPv4v6承载的优势 解决在1个PDP上下文中传送IPv4和IPv6地址的用户数据 减少了需要的承载上下文数量 终端 SGSN MME PDN GW 根据终端的能力在请求建立的承载类型具备IPv6和IPv4能力请求IPv4v6IPv4终端请求IPv4IPv6终端请求IPv6终端能力不明 请求IPv4v6 MME SGSN根据如下条件 向PGW请求标示DualStackFlagUE是否签约DualStack 否则拒绝 否则返回给UE subscriptionlimitation UE是否可能切换到不支持IPv4v6网络 是则返回给UE singleaddressbearersonly PGW检查如下条件 判断是否接受DualStack请求若不允许该APN使用两个IP地址 则只分配一个IP地址 并返回给UE networkpreference 如果允许该APN使用两个IP地址 则分配IPv4地址和IPv6地址 接受请求 R8网络IPv4v6双栈承载的处理方式 LTE与2 3G承载之间要求一对一映射 目录 EPC基本原理EPC系统架构和特点基本概念EPS系统PDN连接和默认APN跟踪区和跟踪区列表移动性管理和连接管理承载管理业务流程举例 业务流程 E UTRAN初始化附着 基本概念 UE进行实际业务之前在网络中的注册过程 称为网络附着主要工作 UE附着过程中 EPS网络完成的主要工作如下 1 UE与MME建立MM上下文2 UE与MME的EMM状态变为EMM REGISTERED3 MME为UE建立默认承载4 UE获得网络侧分配的IP地址重要特征 EPS网络中 直接通过初始化附着建立默认的EPS承载 为用户分配IP地址 提供 永远在线 的IP连接用户可以不携带APN 当用户不携带时 选择HSS签约的默认APN而在2 3G网络中 需要在附着过程之后 通过激活PDP上下文消息 才能为UE分配IP地址附着过程也可以触发UE建立一个或多个专有承载 用户信息的认证和加密 默认承载的建立 如果新MME中已经有用户的承载上下文 则需删除 服务请求 ServiceRequest UE发起 主要目的 是当用户已经在核心网中注册 且处于空闲状态时 建立无线接入网各接口的信令连接 并将UE和MME的状态从ECM IDLE迁移到ECM CONNECTED状态在3G系统中 服务请求过程用于建立Iu连接 与之对应 在EPS系统中 该过程用于建立S1连接ECM IDLE状态下 UE发起服务请求给MME 或作为寻呼响应 或用于UE重新获得无线覆盖信号的场景 发起服务请求 建立承载 服务请求 ServiceRequest 网络侧发起 当S GW接收到网络侧发给处于ECM IDLE状态的UE的下行数据时 S GW将发送一条下行数据通知消息给MME 以触发MME寻呼UE 开始UE发起的服务请求过程 网络侧消息通过寻呼方式下发 用户进行服务请求过程 TAU流程 TAU过程用来实现网络侧对用户位置的管理 根据场景不同 包括如下类型 MME之间的TAU同一MME内不同eNB间切换不同MME间切换导致的TAU周期性TAUS4SGSN Gn GpSGSN切换到MME的TAU触发条件 在E UTRAN附着过程中 下列情况会触发TAUUE侦测到进入了新的TA且当前TA不在TAIlist中 TA周期更新计时器超时 UE由UTRANPMM Connected状态重选到E UTRAN UE由GPRSREADY状态重选到E UTRAN 重选到E UTRAN时TIN指示为 P TMSI 由TAU负载均衡引发的RRC连接释放 UE的NAS产生了RRC连接错误 TAU由处于ECM IDLE或ECM CONNECTED状态的UE发起 是否改变S GW由MME决定 TAU流程 ServingGW不变 新MME向原MME发送上下文请求消息以获取用户信息 更新承载 HSS向原MME发送cancellocation 并删除原MME上建立的承载 去附着 当UE不需要或者不能够继续附着在网络时 将发起去附着过程根据发起方的不同 去附着过程可分为UE侧发起和网络侧发起UE侧发起网络侧发起MME发起 UE与网络侧长时间没有交互时 MME主动发起的去附着HSS发起 由于用户签约信息 计费信息等方面的原因 网络主动断开UE连接根据是否成功通知UE 去附着过程可分为显示和隐式去附着显式去附着 网络或UE明确地请求去附着 并互相用信令通知对方隐式去附着 网络侧主动发起去附着 但没有或无法通知UE例如 当网络由于某种无线条件限制而不能与UE通信时就需要发起隐式去附着 去附着 UE发起的E UTRAN去附着 承载删除 当ISR激活时 MME需同时通知相关联的SGSN同时删除承载 去附着 MME发起的E UTRAN去附着 在隐式去附着情况下 不会通知UE 删除承载 去附着 HSS发起的E UTRAN去附着 删除承载 当用户处于ECM CONNECTED状态时 会发起DetachRequest消息给UE 如果用户处于ECM IDLE状态时 则通过寻呼告知UE 目录 技术背景 互通应用场景 全IP网络结构扁平化媒体面控制面分离与传统网络互通 EPS与S4SGSN网络互通架构 3GPP接入非漫游场景 TS23 401Non roaming EPS与Gn GpGSN网络互通架构 3GPP接入非漫游场景 PGW提供Gn Gp接口MME提供Gn Gp接口 EPC网络中SGSN网元类型分析 与S4SGSN的互通 HSS GSM UTRAN ServiceContinuity Gb Iu PS S4SGSN S4 S GW MME P GW Internet Sevicenetwork LTE S1 MME S1 U S10 SGi S5 S8 S12 S6d S6a EPC S3 与Pre R8SGSN的互通 HSS GSM TD SCDMA ServiceContinuity Gb Iu PS S GW MME P GW Internet Sevicenetwork LTE S1 MME S1 U S10 SGi S5 S8 Gn GpSGSN S12 Gn Gp S6a Gr EPC Gn Gp 无需升级SGSN除实现从GERAN UTRAN到LTE的切换功能外 无需升级GERAN UTRAN不支持R8特性 如IPv4v6dualstack ISR网络中需要支持太多的协议 GTPv0 GTPv1 GTPv2 Diameter MAP ViaPre R8SGSN S12 SeamlessMobility LTE 2G 3GNetwork互操作 MME SAEGW PacketCoreNetwork Internet Sevicenetwork HLR HSS AAA xCSCF PCRF IMSNetwork Non 3GPPAccess SAEGW ServingGW PDNGW VCC LTE GSM GPRS SGSN GGSN AGW WCDMA CDMA CircuitCoreNetwork MGW