LTE-EPC网络介绍

1、Alcatel-Lucent Proprietary1 Dec.2010 LTE-EPC网络介绍Dec/2010LTE-EPCTSC,QACCAlcatel-Lucent Proprietary2 Dec.2010 EPC网络结构及基本流程 1Alcatel-Lucent Proprietary3 Dec.2010 LTE/SAE发展历程2004年底启动了长期演进（LTE）和系统架构演进（SAE）两大计划的标准化工作标准化工作阶段：SI（Study Item，技术可行性研究阶段）和WI（Work Item，具体技术规范撰写阶段），WI阶段还分为Stage2和Stage3SAE标准化进程：200

2、5年正式启动2006年12月完成了SAE需求定义及技术研究报告，开始SAE技术规范制定2007年12月冻结了R8的系统需求，完成了大部分Stage2的工作2008年6月冻结Stage2工作2008年12月完成大部分SAE信令协议规范（Stage3）的制定R82009年3月核心技术规范及测试规范均以冻结LTE/SAE网络目标：高数据速率、低时延和基于全分组化的移动通信网络网络目标：高数据速率、低时延和基于全分组化的移动通信网络EPS（Evolved Packet System）LTESAELTE（Long Term Evolution）E-UTRAN (Evolved UMTS Terrestr

3、ial Radio Access Network)SAE（System Architecture Evolution）=EPC (Evolved Packet Core)Alcatel-Lucent Proprietary4 Dec.2010 2G/3G与LTE/EPC的比较e在空口上语音/IP数据分开处理在空口上语音/IP数据统一处理分离的电路域/分组域核心网统一的增强IP核心网（EPC）16k384Kbps100Mbps电路域业务话音/短消息窄带数据业务VoIP业务丰富的宽带多媒体业务端到端的全IP架构，扁平化的网络结构使系统延时减少网元数量减少，使得网络部署简单，维护更加容易更高的空口带

4、宽拥有开展更多业务的能力PSDNHA2GCDMA 1X3G1x EV DOBSC/RNCAlcatel-Lucent Proprietary5 Dec.2010 2G/3G网络架构与LTE/EPC架构的映射关系现在的移动网络架构现在的移动网络架构BSCHAEPS （LTE+EPC)空口移动性管理功能由eNB提供HA的功能由PDN GW提供，QoS/HA124BTSInternet多媒体业务多媒体业务PDSNBackhaul(TDM/ATM)BSC在用户平面的承载功能由SGW提供3回程技术从TDM/ATM转向IP/以太网Backhaul(IP/Ethernet)MSC话音交换和分组数据路由功能由

5、SGW提供BSC的控制平面功能被分配到MME/eNB分组数据控制平面功能由MME提供 CS CorePS Core5CS和PS核心网统一为一张IP网支持业务支持业务QoS保障保障和移动性的和移动性的IP网络网络6MMESGWPDN GWeNBPCRFAlcatel-Lucent Proprietary6 Dec.2010 EPS架构概述GxcSGiS11S5/S8HSSS1-US1-MMES6aIP NetworkGxX2AFsPCRFSGWS101PGWCDMA/EVDOeRNCHSGWS2aMME eNBData PlaneControl PlaneRfRoOFCSOCSUEeUTRANe

6、NB基于标准的 3GPP和非3GPP互操作接口Mobility Management Entity移动性管理实体移动性管理实体Serving Gateway服务网关服务网关PDN GatewayPDN网关网关Policy and Charging Rules Function策略控制和计费规则功能策略控制和计费规则功能S103Alcatel-Lucent Proprietary7 Dec.2010 EPS架构概述GxcSGiS11S5/S8HSSS1-US1-MMES6aIP NetworkGxX2AFsPCRFSGWS101PGWCDMA/EVDOeRNCHSGWS2aMME eNBData

7、 PlaneControl PlaneRfRoOFCSOCSUEeUTRANeNB基于标准的 3GPP和非3GPP互操作接口S103MME用户移动性管理接入和附着控制寻呼，切换和漫游控制eNB之间切换的本地锚定点3GPP之间切换的移动性锚定Idle模式下的DL数据缓存分组路由与转发SGWPCRF策略控制决策基于流计费控制的功能向PCEF提供策略PDN-GW分配UE的IP地址基于每用户的包过滤Bearer层面的IP锚定点连接到外部分组网Alcatel-Lucent Proprietary8 Dec.2010 接口列表接口接口协议协议物理承载物理承载方式方式功能功能S1-MME S1-AP(应用)

8、SCTP(控制）IP E-UTRAN与MME间控制平面参考点，用于各种控制信令的传输。S1-AP是MME和eNB间的应用层协议；SCTP保证MME和eNB间的信令可靠传递S1-UGTP-UIP E-UTRAN和SGW之间为每个承载建立用户面隧道和eNB间切换时路径交换的参考点S5GTP-C（控制面）GTP-U（用户面）或者PMIPIP SGW和PGW之间的参考点，支持网关之间的承载管理和用户面隧道管理，用于SGW建立到PGW的连接过程及UE移动性管理中SGW重定位过程. S6aDiameterIP 该接口用于MME和HSS之间的鉴权和认证GxDiameterIP PGW与PCRF之间的参考点，

9、支持从PCRF向EPC提供策略控制和计费规则传递S8GTP-C（控制面）GTP-U（用户面）或者PMIPIP 与S5相同，用于漫游架构，在VPLMN 和 HPLMN的PGW之间提供用户面控制S10GTP-CIP MME之间用于MME重定位的参考点，提供MME之间的信息传递S11GTP-CIP MME和SGW之间控制面的参考点，支持承载管理SGiTCP/UDPIP PGW和PDN网络之间的参考点。这里的PDN网可以是外部公共数据网、也可以是内部私有数据网（比如运营商的IMS网络）S101S1-AP/UDPIP MME和HRPD接入网之间的参考点，用于实现EUTRAN到HRPD网络之间的预注测、会

10、话维持及切换功能S103GRE隧道IP SGW和HSGW（HRPD服务网关）之间的参考点，用于从EUTRAN到HRPD之间切换时的下行数据传送S2aPMIP（控制面）GRE隧道（用户面）IP PGW和HSGW（HRPD服务网关）之间的参考点，为用户平面提供相关的控制和移动性支持Alcatel-Lucent Proprietary9 Dec.2010 UE附着和创建默认承载过程UE在进行实际业务之前，发送附着消息给MME，进行网络注册，也就是网络附着（network attachment） 鉴权 MME发送创建默认承载消息给S-GW S-GW把创建默认承载消息转发给P-GW PDN-GW为新的会

11、话建立向PCRF申请策略,然后安装必要的过滤器SGiS11S5E-UTRANS1-US1-MMEMMEServinggatewayPDNgatewayIP networkGxX2PCRFeNBeNB一个”永远在线”的 IP连接建立并锚定在了PDN-GW上HSSS6aECMECM-CONNECTEDEMM=EMM-REGESTEREDGxcAlcatel-Lucent Proprietary10 Dec.2010 默认承载创建过程中PCRF的角色UE附着到网络、创建默认承载的过程中，PCRF扮演了顾问的角色1. 接到为默认承载提供动态策略的申请2. 获取签约数据根据规则做出策略及计费判决 3.

12、回复PGW PCC策略业务流模板（Traffic Flow Template）QoS 参数计费参数规则引擎别的信息规则HSS/SPR1. IMSI, UEIP, location, RAT, CAN type2. IMSI, 签约信息3. PCC rules: TFT, QoS, Charging rulesPDN-GWPCRFAlcatel-Lucent Proprietary11 Dec.2010 寻呼过程对于处于空闲状态的UE，当下行数据到达EPC时，数据终结在S-GW， S-GW发起寻呼. S-GW向MME发出下行数据通知（downlink Data notification）. S-

13、GW 开始缓存下行数据包. MME向UE注册的TA列表内的所有eNB发出寻呼消息，要求eNB在其覆盖范围内寻呼UE. 收到寻呼后，UE发起业务请求流程（UE-triggered service-request procedure）,重建无线承载和S1U承载，S-GW开始清空缓存.eNBSGiS11S5E-UTRANS1-US1-MMEMMEServinggatewayPDNgatewayX2GxPCRFeNB2. SGW发送Downlink data-notification message给MME1. SGW接到下行数据包并缓存，此时S1承载没有激活3. MME向eNB发起寻呼IP netw

14、orkGxcAlcatel-Lucent Proprietary12 Dec.2010 EPC支持两种业务请求: UE发起的业务请求：UE发送业务请求消息给MME，要求业务接入 网络发起的业务请求：当PDN-GW接到DL数据包时，由网络对注册用户发起业务请求上面任一业务请求都可以触发专用承载的建立（取决于业务请求的QoS）: UE可以在业务请求之后发送承载重配置消息给 MME申请建专有承载 基于收到的业务请求，PCRF可以触发专有承载的建立SGiS11S5E-UTRANS1-US1-MMEMMEServinggatewayPDNgatewayGxX2eNBeNB1. UE发送NAS业务请求信令

15、（service-request）给MME2. MME发送更新承载请求给SGW，以建立或更新S1承载3. 与PCRF交互后可能建立专有承载业务请求和专用承载建立过程IP networkGxcPCRFAlcatel-Lucent Proprietary13 Dec.2010 切换过程 基于X2接口eNB切换流程由UE和eNB控制 根据UE上报测量结果，源eNB通过X2接口协调切换（向目标eNB发送切换请求，根据目标eNB反馈指示UE重配置RRC连接）切换中用户数据从源eNB转发到目的eNB. 当收到UE重配置RRC成功消息之后，目标eNB通过S1-MME接口向MME发送路径切换请求（path-s

16、witch request). MME通过S11接口发用户面更新请求(user-plane update request)给S-GW，把下行承载路径切换到目标eNB. 目标eNB通知源eNB切换成功，触发资源释放SGiS11S5E-UTRANS1-US1-MMEMMEServinggatewayX2GxeNBS-GW要有灵活管理承载的能力、以支持业务或切换请求IP networkPCRFPDNgatewayGxcAlcatel-Lucent Proprietary14 Dec.2010 EPC网元功能 2Alcatel-Lucent Proprietary15 Dec.2010 MME功能MM

17、EHSSS6aeNBS1-MMES-GWS1-US11eHRPDS101S10GTP-CUDPIPGTP-CUDPIPS10MMEMMEGTP-CUDPIPGTP-CUDPIPS11MMES-GWDiameterSCTPIPDiameterSCTPIPS6aMMEHSSMME控制控制UE如何通过如何通过NAS信令与网络进行交互信令与网络进行交互 对UE进行鉴权并控制其是否能接入网络 控制UE对网络的接入（如分配网络资源） 维持所有UE的EPS移动性管理(EMM)状态，支持寻呼，漫游和切换MME控制控制SGW执行承载管理功能执行承载管理功能 承载平面的用户数据不经过MME MME支持对PGW和S

18、GW的选择功能，以便决定UE所使用的承载的路径 MME支持对MME的选择功能，以决定MME改变时HO的路径 MME支持对HRPD接入节点的选择功能，以实现LTE到HRPD的切换 支持信令流的合法监听S1-APSCTPIPS1-APSCTPIPS1-MMEMMEHSSS1-APUDPIPS1-APUDPIPS101MMEeHRPDAlcatel-Lucent Proprietary16 Dec.2010 S-GW功能eNBS-GWS1-US11PCRFP-GWS101HSGWeHRPDS103GTP-CUDPIPGTP-CUDPIPS5/S8S-GWP-GWS5/S8GREIPGREIPS103

19、S-GWHSGWMMES10S1-MMEGxSGiCGHSSS6aSpGy/GzGy/GzS-GW是本地的移动性锚定点是本地的移动性锚定点 eNB之间切换的本地锚定点 Idle模式下的DL数据缓存 分组路由与转发 传输层上下行链路上基于QCI对数据包做标记 （如DSCP） 支持每用户/QCI的计费 eNB与2G/3G网络之间切换的本地锚定点 非3GPP接入系统的本地切换锚点 合法监听GxaGxcGTP-UUDPIPGTP-UUDPIPS1-US-GWeNBGREIPGREIPS5/S8S-GWP-GW选择一选择二DiameterSCTPIPDiamaterSCTPIPGxcS-GWPCRFS2

20、aAlcatel-Lucent Proprietary17 Dec.2010 P-GW功能PDN-GW是是EPS承载在承载在IP层面的锚定点（层面的锚定点（HA） UE的IP地址的管理和分配 控制UL和 DL承载的绑定 传输层上下行链路上基于QCI对数据包做标记 （如DSCP） 每用户每业务的QoS控制和分组包过滤 QoS策略执行 支持计费 非3GPP接入系统间切换时，PMIP协议下的LMA（Local Mobility Anchor，本地移动锚点）功能 合法监听S-GWPCRFP-GWHSGWS103S5/S8GxSGiCGGy/GzGy/GzGxaGxcS2aDiameterSCTPIPD

21、iamaterSCTPIPGxS-GWPCRFAlcatel-Lucent Proprietary18 Dec.2010 HSS功能HSS功能功能 用户签约数据存储 附着过程中用的鉴权向量 默认TFT (see 36.300 QoS model) 每UE每APN 汇聚MBR (AMBR) （可能）存储PCRF用户策略配置 提供PDN签约信息（包括默认PDN和是否允许APN使用VPLMNP） RAT/频率检测级别索引，用于建立RRC连接 用户位置信息 HSS还可以触发去附着流程 (比如，对于欠费用户)eNBPCRFMMES10S1-MMEHSSS6aSpAlcatel-Lucent Propri

22、etary19 Dec.2010 PCRF功能PCRF功能需求功能需求接受AF的应用请求，并根据SPR的用户签约数据进行验证根据应用请求生成策略规则 把规则做成TFT，使用TFT把SDFs 映射到EPS bearer 提供计费指导具备动态或预定义的策略规则具备对QoS资源进行审核批准具备计费关联功能 把上行数据流 (per SDF) 绑定到IMS的信令层 (比如，用于流量测量)SPRS-GWPCRFSpP-GWGxApplication应用信令应用信令(SIP, HTTP, etc.)RxS5/S8OCSOfCSGzGyeNB从从AF接受应用请求接受应用请求 IMS/non-IMS生成对每个承载生成对每个承载SDF的控制的控制策略下发到策略下发到xGW执行执行 Gating/QoS/Charging应用请求在用户签约数据仓应用请求在用户签约数据仓库库SPR进行验证进行验证GxcAlcatel-Lucent Proprietary20 Dec.2010 世博组网方案 3Alcatel-