LTE核心网简介

1、LTE核心网简介,2,一、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,3,EPS网络架构,EPS (Evolved Packet System),UE（User Equipment）,LTE（Long Term Evolution）,SAE（System Architecture Evolution）,EPC (Evolved Packet Core),SAE=EPC,4,EPC网络架构,S-GW和P-GW合设,5,EPC网络架构,S-GW和P-GW分设,6,EPS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

2、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,EPC主要逻辑网元功能,MME: mobility management entity,P-GW: packet data network gateway,SGW: serving gateway,HSS: home subscriber server,PCRF: policy and charging rule function,8,TD-LTE网络结构,负责无线资源管理,负责移动性管理功能,负责用户面接入功能,提供承载控制、计费、地址分配和非3GPP接入等功能,根据用户特点和业务需求提供数据业务资源管控,提供鉴权和签约等功

3、能,用户设备(UE),接入网 (E-UTRAN),核心网(EPC),整个TD-LTE系统由3部分组成,9,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。,核心网-网络变化及传输需求,TD-LTE与TD/2G协同组网网络结构,电路域,MGW,MSC SERVER,GMGW,分组域,SGSN,GGSN,SBC,IM-MGW,其它IMS网元,HSS,MGCF,SBC,AS,CM-IMS,MME,S-GW,EPC,P-GW,SAE-GW,其它数据 业务网,HLR,GMSC SERVE

4、R,HSS,internet (CMNet),集团客户、家庭用户,S1-MME,S1-U,S6a,S11,完成类似于SGSN的功能,完成类似于GGSN的功能,S5/S8,SGi,TD-LTE仅存在核心网分组域（EPC）,Gr,Gn,Gn,SGs：MME-普通MSC-S - LTE短信 - CS FallBack话音 Sv：MME-SRVCC MSC-S - LTE VoIMS+SRVCC,11,核心网-网络融合,降低负荷,保护投资,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,13,简要流程,E-UTRAN,MME,S-GW

5、,EPC (Evolved Packet Core),P-GW,SAE-Gateway,外部 数据网,eNodeB,IP网络,HSS,DNS,(1) “四元组”鉴权,(2-1) 请求APN解析(默认承载),(2-2) 返回S-GW、P-GW地址列表,(3) 选择S-GW、P-GW,(4) P-GW地址,(5) 请求为用户建立默认承载,(6)为用户建立默认承载(分配用户IP地址),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,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”,LTE数据业务方案,14,L

6、TE短信业务方案,基于3GPP标准规定的SGs接口方式,E-UTRAN,MME,S-GW,P-GW,SAE-GW,eNodeB,HSS,IP网络,电路域,MSC Server,现网短信中心,SGs接口,仅用于“短信”， 全网/全省可固定选择1个MSC-S,HLR,融合的 HSS/HLR,1,2,3,4,5,LTE“单待”终端驻留在LTE网络时，不能使用2G/TD电路域短信业务,适用于： - 计费信息通知 - 接收“彩信”,0,0：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,1、2、3：正常的短信业务流程，短信中心将“短信”发送至MSC-S,4：MSC-

7、S通过SGs接口将“短信”发送至MME,5：MME将“短信”通过LTE网络发送至用户,Page14,15,LTE语音业务方案-双待终端,E-UTRAN,MME,S-GW,P-GW,SAE-GW,EPC,电路域,SGs接口,拜访MSC Server,双待单卡终端,2G/TD,SGs接口短信 MSC Server,单待单卡终端,双待双卡终端,A,C,“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,A：话音业务 B：数据业务 C：单待终端的短信业务,B,HSS/HLR,双待终端：始终由电路域提供话音业务,16,LTE话音业务方案-CSFB, 中国移动通信集团设计

8、院有限公司,E-UTRAN,MME,S-GW,P-GW,SAE-Gateway,eNodeB,HSS,DNS,IP网络,电路域,MSC Server,MGW,Evolved Packet Core,IP网络,LTE终端 （多模单待）,其它数据 业务网,同时，LTE终端将数据业务也切换到2G/TD分组域,IMS 核心网,LTE终端的来话呼叫,HLR,用户接入LTE网络，鉴权、位置更新,0-1,0-2,通过SGs接口执行“联合位置更新”,1,主叫局查询HLR，HLR将MSC-S提供的MSRN返回给主叫局,2,主叫局将呼叫接续至MSC-S,3,通过SGs接口通知终端此时有一个CS域来话呼叫,4,终端

9、切换至TD/2G网络 响应寻呼,5,建立话路 连接,1、与LTE共覆盖区的所有MSC Server均需改造支持CSFB 2、LTE终端需支持CSFB,终端位于TD/2G网，由电路域提供业务 终端位于LTE网： -主叫：切换至电路域提供业务 -被叫：通过LTE得到来话通知后切换至TD/2G无线网，通过电路域接收呼叫,17,LTE话音业务方案-VoIMS（VoLTE）,- 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。,E-UTRAN,MME,S-GW,P-GW,SAE-Gateway,eNodeB,IP网络,

10、电路域,MGW,EPC,IP网络,话音业务,其它数据 业务网,IMS 核心网,LTE终端切换到2G/TD网络,MME控制话音切换,MSC Server,MSC Server Enhanecd SRVCC,MGW,MME与SRVCC MSC-S之间新增Sv接口 - 传送“切换”信息,SRVCC实现方案：,- 切换流程复杂； - 时延较长，可能会影响成功率,现网改造 或新建,终端位于TD/2G网，由电路域提供业务 终端位于LTE，CM-IMS负责业务处理，LTE/EPC提供IP通道,18,一、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,

11、19,eNodeB与MME之间的网络组织,方案一：为每个eNodeB固定配置其所归属的一个MME,MME,MME,方案二：MME POOL,MME,MME,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GUTI,GUTI = MCC+MNC+MMEGI+MMEC +M-TMSI,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

12、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 POOL,S-GW与eNodeB之间的网络组织,MME,S-GW,IP 网 络,P-GW,S-GW,S-GW,eNodeB,eNodeB,eNodeB,MME,S-GW,IP 网 络,P-GW,S-GW,S-GW,eNodeB,eNodeB,eNodeB,用户跨eNodeB漫游时，需要跨S-GW重新建立Default Bearer,用户跨eNodeB漫游时，重新建立Default Bearer，S-GW不改变,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

13、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的业务由一组S-GW负荷分担的疏通,Page20,21,eNodeB,EPC,eNodeB,PTN,PTN,PTN,城市1,城市2,省会 城市,MME,SAE-GW,eNodeB,EPC,eNodeB,PTN,PTN,PTN,城市1,城市2,省会 城市,MME,SAE-GW,IP承载网,CE,CE,AR,AR,BR/AR,方案一：PTN直接互连,方案二：PTN通过IP承载网互连,eNodeB与核心网之间IP承载方案,22,建议：采用方案一,S1/X2接口（无线网与核心网之间）承载方案,23,电路

14、域,MGW,MSC SERVER,GMGW,GGSN,PDN,GMSC SERVER,BSC,RNC,SGSN,分组域,HLR,IP专网,CMNET,CMNET,中国移动TD/2G核心网的IP承载网络现状,EPC内部及与TD/2G分组域间IP承载方案,24,SGSN,GGSN,IP承载网,方式一：BG互通,SAE GW /GGSN,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CMNet,CMNET,CMNET,SGSN,GGSN,IP承载网,方式二：接口互通,SAE GW /GGSN,CMNET,CMNET,需配置BG - BG集中设置，路由迂回严重 - BG分散设置，

15、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，EPC内部通信，仍需通过CMNet访问DNS 3、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,MME/SGSN,MME/SGSN,EPC内部及与TD/2G分组域间承载方案,BG,BG,不建议采用方案一,25

16、,SGSN,GGSN,方式一：承载在IP承载网,SAE GW /GGSN,CMNET,CMNET,方式二：承载在CMNet,需要现网TD/2G核心网分组域设备完成Gn接口割接,SGSN,GGSN,SAE GW /GGSN,CMNET,IP承载网,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,SGSN/MME,SGSN/MME,EPC内部及与TD/2G分组域间IP承载方案,方案二：EPC融合设备与TD/2G核心网分组域承载在同一张IP承载网(CMNet或IP承载网),EPC内部及与TD/2G分组域间IP承载方案,方案二中两种承载方式的比较,鉴于如下原因：,目前，LTE以承载高速

17、数据业务为主,EPC采用与TD/2G分组域融合组网模式,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）,Page26,27,一、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,28,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,29,基本概念-话务模型,典型话务模型参数示例,30,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,31,基本概念-峰均比,峰值：保证98%的

18、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,均值,峰值,最大值,峰值不是单纯意义上的最大值喔！,32,峰均比WWW业务仿真情况,对于WWW业务，几个典型值如下（此处u为平均流量）： 系统吞吐量小于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。,33,峰均比现网局点流量统计结果,峰均比基本都在1

19、.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。,PS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。,34,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,35,核心网相关接口协议,EPC核心网控制面协议栈示意图,36,核心网相关接口协议,EPC核心网用户面协议栈示意图,37,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 bytes

20、,38,常见协议封装格式-IP 报文,IP头部字节数是： 20 bytes （固定长度）,39,常见协议封装格式-UDP 报文,UDP头部字节数是： 8 bytes,常见协议封装格式-GTP报文(V1),GTP头部字节数： 8 bytes,8 字节,Page40,41,常见协议封装格式-SIGTRAN,SIGTRAN各层网络开销,42,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,S1-U的封装效率 = X / (X + 62) Note: 1、62 协议及IP包头长度 2、X

21、,GTP净荷的长度， 话务模型平均包长,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！,43,协议栈封装效率S1-MME,封装效率 = X/ (X + 82),Note: X,GTP净荷的长度,S1-AP,Ethernet,PHY,Service Bit Rate,Bit Rate under Eth,SCTP,IP,44,协议栈封装效率S6a,封装效率 = X/ (X + 78),Note: X,GTP净荷的长度,Diameter,Ethernet,PHY,Service Bit Rate,Bit Rate under Eth,SCTP,IP,45,协议栈封装效率S1-U,封装效率 = X/ (X + 62),Note: X,GTP净荷的长度,GTP-U,Ethernet,PHY,Service Bit Rate,Bit Rate under Eth,UDP,IP,46,协议栈封装效率S10/S11,封装效率(V1) = X/(X + 58),Note: X, 数据报平均长度，单位byte,47,协议栈封装效率S5/S8,封装效率(V1) = X/(X + 62),Note: X, 数据报平均长度，单位byte,48,协议栈封装效率SGi,封装效率 = X/(X +