演进核心网-epc简介

,,演进核心网-EPC介绍,HOWSO TECHNOLOGIES CO., LTD Howso Confidential,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10k100k1M10M100M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,CDMA2000 Evolution,2001-2005,2006,HSDPA Phase I1.8M/3.6Mbps,HSDPA Phase II7.2/14.4MbpsHSUPA2M/5.76Mbps,LTEDL:100MbpsUL:50Mbps,GSM/GPRSEDGE171/384kbps,WCDMAR99/R4384kbps,WCDMA Evolution,2007,2008,2009,HSPA+DL 40MbpsUL 10Mbps,1xEV-DO Rev. 0DL: 2.4MbpsUL:153.6kbps,DO Rev. B(MC DO)DL：46.5MbpsUL: 27Mbps,1xEV-D0 Rev. ADL: 3.1MbpsUL: 1.8Mbps,CDMA 1X153kbps,2010,2011,IEEE802.16e70Mbps,IEEE802.16mDL:100MbpsUL: 50Mbps,WiMAX Evolution,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3GPP TR 23.882: 3GPP system architecture evolution (SAE): Report on technical options and conclusions,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3GPP TS 22.278: Service requirements for evolution of the system architecture:,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：3GPP TS 23.401: General Packet Radio Service (GPRS) enhancements for Long Term Evolution (LTE) access“3GPP TS 23.402: 3GPP System Architecture Evolution (SAE): Architecture enhancements for non-3GPP accesses,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： 3GPP TR 24.801: 3GPP System Architecture Evolution (SAE); CT WG1 aspects3GPP TR 29.803: 3GPP System Architecture Evolution (SAE): CT WG4 aspects3GPP TR 29.804: 3GPP System Architecture Evolution (SAE): CT WG3 aspects,EPC的标准化进展,3GPP EPS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3GPP R7及更早PS网络的业务，并支持和3GPP R7及更早PS网络的互通；EPC需要能够和3GPP R7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,Evolved Universal Terrestrial Radio Access Network, 仅指无线侧,EPC,Evolved Packet Core, 仅指核心网,EPS,LTE,Long Term Evolution=EUTRAN仅指无线侧,SAE,System Architecture Evolution=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,InternetPS Service,Serving GW,PDN GW,S5/8,SAE GW,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S4 SGSN：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Gn SGSN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,InternetPS Service,Serving GW,PDN GW,S5/8,SAE GW,S10,S3：当2G/TD与LTE互操作时，S4-SGSN与MME间通信的接口，基于GTPv2S4：S4 SGSN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SAE GW 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：System Architecture Evolution / EPS：Evolved Packet System / EPC：Evolved Packet Core,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,InternetPS Service,Serving GW,PDN GW,S5/8,SAE GW,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PDNDefault APN（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（Tracking Area）,SGSN,2G/3G,LTE,MME,TAI,2G/3G网络,SAE网络,跟踪区列表（TA List）,TA List 1,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,EPS Mobility Management (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,EMM state model in UE,EMM state model in MME,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,EPS Connection Management (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eNB ID信息,ECM-CONNECTED,ECM-IDLE,ECM state model in UE,ECM state model in MME,RRC连接建立,RRC连接释放,S1连接建立（Attach、TAU、Service Request）,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-based EPS bearers,承载管理-默认承载和专用承载,IPv4v6双栈（Dual Stack）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Dual Stack FlagUE是否签约Dual Stack，否则拒绝，否则返回给UE “subscription limitation”UE是否可能切换到不支持IPv4v6网络，是则返回给UE “single address bearers only”,PGW检查如下条件，判断是否接受Dual Stack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 “network preference” 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(Service Request)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（Service Request）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TAUS4 SGSN、Gn/Gp SGSN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TAI list中；TA周期更新计时器超时；UE由UTRAN PMM_Connected状态重选到EUTRAN；UE由GPRS READY状态重选到EUTRAN；重选到EUTRAN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(Serving GW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cancel location，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Detach Request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S4 SGSN网络互通架构3GPP接入非漫游场景,TS 23.401 Non-roaming,EPS与Gn/Gp GSN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S4 SGSN的互通,HSS,GSM,UTRAN,Service Continuity,Gb,Iu-PS,S4 SGSN,S4,S-GW,MME,P-GW,Internet&Sevice network,LTE,S1-MME,S1-U,S10,SGi,S5/S8,S12,S6d,S6a,EPC,S3,与Pre-R8 SGSN的互通,HSS,GSM,TD-SCDMA,Service Continuity,Gb,Iu-PS,S-GW,MME,P-GW,Internet&Sevice network,LTE,S1-MME,S1-U,S10,SGi,S5/S8,Gn/Gp SGSN,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IPv4v6 dual stack, ISR网络中需要支持太多的协议: GTPv0, GTPv1, GTPv2, Diameter, MAP,Via Pre-R8 SGSN,S12,Seamless Mobility,LTE/2G/3G Network 互操作,MME,SAE GW,Packet Core Network,Internet&Sevice network,HLR/HSS/AAA,xCSCF,PCRF,IMS Network,Non-3GPP Access,SAE GW = Serving GW+PDN GW,VCC,LTE,GSM/GPRS,SGSN,GGSN,AGW,WCDMA/CDMA,Circuit Core Network,MGW,MCS S