EPC系统原理-业务功能详细介绍R1.0版本鲜枣课堂目录EPC系统原理-业务功能详细介绍41LTE的背景42EPC系统的网络结构43EPC系统的业务功能介绍63.1基本功能63.1.1标识管理63.1.2节点选择43.1.3移动性管理53.1.4切换管理73.1.5会话管理73.2特性功能83.2.1安全功能83.2.2与现有网络的互通功能83.2.3支持多PDN接入功能93.2.4负荷均衡功能94名词术语及缩略语10EPC系统原理-业务功能详细介绍1 LTE的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（Wireless Fidelity，无线保真）和WiMAX（Worldwide Interoperability for Microwave Access，全球微波接入互操作性）等无线接入方案的迅猛发展，3GPP（3rd Generation Partnership Project，第三代合作伙伴计划）组织制定的WCDMA（Wideband Code Division Multiple Access，宽带码分多址）、HSDPA（HighSpeed Downlink Packet Access，高速下行分组接入）、HSUPA（High Speed Uplink PacketAccess，高速上行分组接入）虽然在支持移动性和QoS（Quality of Service，服务质量）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（Orthogonal Frequency Division Multiplexing，正交频分复用技术）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。目前WCDMA提供的2 Mbit/s，HSDPA提供的14.4 Mbit/s峰值速率已经无法满足需求。为此3GPP在2004年底决定使用现在为3G分配的频段，采用新的技术来进行网络演进，并为此制定了长期演进计划LTE（Long Term Evolution，长期演进）。2 EPC系统的网络结构图2-1 EPC的网络结构图2-1所示为EPC的网络结构，其中UE（User Equipment，用户设备）UE为终端用户完成各种数据业务和其他业务的载体，负责存储UE相关信息，完成无线资源管理功能、移动性管理功能、安全功能和承载管理功能。E-UTRAN（Evolved UTRAN，演进的无线接入网）E-UTRAN可以提供更高的上下行速率，更低的传输延迟和更加可靠的无线传输。E-UTRAN中包含的网元是eNodeB（Evolved NodeB，演进的NodeB），为终端的接入提供无线资源。MME（Mobility Management Entity，移动管理实体）MME为控制面功能实体，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、用户安全参数，为用户分配临时标识。当UE驻扎在该跟踪区域或者该网络时负责对该用户进行鉴权，处理MME和UE之间的所有非接入层消息。SGW（Serving Gateway，服务网关）SGW为用户面实体，负责用户面数据路由处理，终结处于空闲状态的UE（用户终端设备）的下行数据，管理和存储UE的承载信息，比如IP承载业务参数和网络内部路由信息。PGW（PDN Gateway，分组数据网网关）PGW负责UE接入PDN的网关，分配用户IP地址，同时是3GPP和非3GPP接入系统的移动性锚点。用户在同一时刻能够接入多个PDN GW。PCRF（Policy and Charging Rule Functionality，策略和计费规则功能实体）PCRF功能实体主要根据业务信息和用户签约信息以及运营商的配置信息产生控制用户数据传递的QoS（Quality of Service，服务质量）规则以及计费规则。该功能实体也可以控制接入网中承载的建立和释放。S3/S4 SGSN（Service GPRS Supporting Node，服务GPRS支持节点）S3/S4 SGSN为临时存储用户数据的服务器，负责管理和存储UE相关信息，如UE用户标识、移动性管理状态、用户安全参数等，为用户分配临时标识，完成用户安全功能，完成用户移动性管理功能和会话管理功能，处理SGSN和UE之间的所有非接入层消息。HSS（Home Subscriber Server，归属用户服务器）HSS存储并管理用户签约数据，包括用户鉴权信息、位置信息及路由信息。UTRAN（UMTS Terrestrial Radio Access Network，统一的陆地无线接入网络）UTRAN为第三代移动通讯网络（3G）的无线接入网络，为终端的接入提供无线资源。GERAN（GSM EDGE Radio Access Network，GSM/EDGE无线接入网）GERAN是GPRS/EDGE的无线接入网络，为终端的接入提供无线资源。3 EPC系统的业务功能介绍3.1 基本功能3.1.1 标识管理在EPC中，通过MME对以下标识进行分配和管理。IMSIGUTIMSISDNIMEIAPNTAIQCIARPAPN-AMBRUE-AMBRPTIEBI3.1.1.1 IMSIIMSI是核心网交换系统分配给移动用户的唯一的识别号。IMSI由三部分组成，结构为MCCMNCMSIN，格式如图3-1所示。图3-1 IMSI结构MCC为移动国家码，标识移动用户所属的国家。MNC为移动网络号，标识移动用户的归属PLMN（Public Land Mobile Network，公共陆地移动网）。MSIN为移动用户识别码，标识一个PLMN内的移动用户。3.1.1.2 GUTIGUTI是EPS核心网交换系统分配给移动用户的唯一的识别号。GUTI由五部分组成，结构为MCCMNCMME Group IDMME CodeM-TMSIMCC标识移动用户所属的国家MNC标识移动用户的归属PLMNMME Group ID为MME网元组标识MMEC为MME的编码M-TMSI由于在MME内用户本地标识，M-TMSI的结构和编码可以由运营商和制造商共同确定，以满足实际运营的需要。3.1.1.3 MSISDNMSISDN指主叫用户在呼叫GSM PLMN中的一个移动用户所需拨的号码，作用同于固定网PSTN号码，是在公共电话网交换网络编号计划中，唯一能识别移动用户的号码。MSISDN采用E.164编码方式存储在HLR和VLR中，在MAP接口上传送。MSISDN由三部分组成，结构为CCNDCSN。3.1.1.4 IMEIIMEI用于标识终端设备，可以用于验证终端设备的合法性。IMEI由三部分组成，结构为TACSNRSpare。TAC是设备发行时定义的。l SNR由各设备厂商自主分配Spare通常为03.1.1.5 APNAPN用于通过DNS将APN转换为PGW的IP地址。APN由二部分组成，结构为APN网络标识APN运营者标识。APN网络标识是由网络运营者分配给ISP或公司的、与其固定Internet域名一样的一个标识APN运营者标识用于标识归属网络由三部分组成。APN网络标识通常作为用户签约数据存储在HSS中，用户在发起分组业务时也可向MME提供APN。3.1.1.6 TAITAI用于标识TA。TAI由三部分组成，格式为TACMNCMCC。TAC 在EPS中，一个或多个小区组成一个跟踪区，跟踪区之间没有重叠区域。MNC 移动网络号，标识移动用户的归属PLMN。两个数字MCC 移动国家码，标识移动用户所属的国家。三个数字TAI由E-UTRAN分配。3.1.1.7 QCIQCI是一个标度值，用于衡量特定的提供给SDF的包转发行为（如丢包率、包延迟预算），同时应用于GBR和Non-GBR承载，用于指定访问节点内定义的控制承载级分组转发方式（如调度权重、接纳门限、队列管理门限、链路层协议配置等），这些都由运营商预先配置到接入网节点中。QCI由一个字节组成。MME将签约的QCI带给PGW，由PGW决定QCI取值。3.1.1.8 ARPARP用于表示承载相对于其它承载的优先级。ARP由Priority-Level、Pre-emption-Capability、Pre-emption-Vulnerability组成。MME将签约的ARP带给PGW，由PGW决定ARP取值。3.1.1.9 APN-AMBRAPN-AMBR用来限制相同APN下所有非GBR承载的汇聚最大速率的QoS参数。APN-AMBR由上行APN-AMBR和下行APN-AMBR组成。MME将签约的APN-AMBR带给PGW，由PGW决定APN-AMBR取值。3.1.1.10 UE-AMBRUE-AMBR用来限制每个UE所有非GBR承载的汇聚最大速率的QoS参数。由UE上行汇聚MBR和UE下行汇聚MBRA组成。MME根据APN-AMBR和签约的UE-AMBR计算UE-AMBR。3.1.1.11 PTIPTI用于区分254个不同的双向消息流。由UE或MME为用户分配不同的PTI。3.1.1.12 EBI概念EBI用于标识消息流。由MME为用户分配不同的EBI。3.1.2 节点选择PGW选择功能EPC通过MME来实现PGW选择功能，MME利用HSS提供的用户签约信息和其它可能的附加标准，为3GPP接入分配一个PGW以提供PDN连接。SGW选择功能EPC通过MME来实现SGW选择功能，该功能从EPC网络中为UE选择一个可用的SGW。在SGW服务的重叠区域，SGW的选择需要考虑到目标SGW服务的稳定性，同时还需要考虑到SGW之间的负荷均衡。MME选择功能MME的选择功能基于网络的拓扑结构为服务的UE选择一个可用MME。在MME服务的重叠区域，MME的选择要需要考虑到目标MME服务的稳定性，同时还需要考虑到MME之间的负荷均衡。SGSN选择功能EPC通过MME来实现SGSN选择功能，该功能从EPC网络中为UE选择一个可用SGSN。在SGSN服务重叠区域，SGSN的选择要需要考虑到目标SGSN服务的稳定性，同时还需要考虑到SGSN之间的负荷均衡。3.1.3 移动性管理3.1.3.1 UE附着管理UE附着管理包括UE附着和UE去附着。UE附着提供UE运行业务之前在网络中进行注册功能，包括：a.从EUTRAN网络进行附着。b.从UTRAN/GERAN网络进行附着。当UE不需要继续附着在EPS网络时，就发起去附着过程。UE可以通知网络不再接入EPS网络，并且网络也通知UE没有必要再接入EPS网络。3.1.3.2 UE位置管理UE位置管理功能实现UE在ECM-IDLE状态下UE的位置跟踪功能。网络通过TA列表来获取处在ECM-IDLE状态下的UE位置，从而可以通过对当前注册的TA列表中的小区来寻呼ECM-IDLE状态下的UE。一个UE可以注册到多个TA表中。UE位置管理支持UE周期地执行位置区更新过程（简称为TAU）。位置区更新过程需要支持的内容，包括4种情况：