经典EPC核心网培训教材

MME
HSS
DRA
SAE PS
SAE-PGWSຫໍສະໝຸດ E GW eNodeBSGSN
S6a
MME
DRA
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
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
UE
eNodeB
Serving GW
PDN GW
EPS系统特点
仅有分组域，无电路域 控制和承载分离，网络结 构扁平化
SGSN
MSCS GGSN
基于全IP架构
CS
eMSC MGW SGSN
BSC BTS NodeB RNC
GGSN
PS
SGSN
MGW
2G/TD网络 SAE网络 SAE无CS域
HSS MME
AF
SAE GW
S1-U S5/8 SGi
eNodeB
Serving GW PDN GW
UE
E-UTRAN EPS
EPC
CG
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
准4G核心网（EPC） 培训教材
目录
1. 2. 3.
技术背景 EPC基本原理 互通应用场景
无线接入技术逐步宽带化
WCDMA Evolution
GSM/GPRS EDGE 171/384kbps WCDMA R99/R4 384kbps HSDPA Phase I 1.8M/3.6Mbps HSDPA Phase II
AF
G x
SAE GW
LTE
S1-U S5/8 SGi
eNodeB
Serving GW
CG
Internet PS Service
BOSS
PDN GW
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

目录
1. 2. 3.
技术背景 EPC基本原理 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
Gb
2G
BTS
BSC/PCU
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
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
• • • •
概念简介
EPS
EPC EUTRAN SAE LTE

Evolved Packet Core, 仅指核心网
Evolved Universal Terrestrial Radio Access Network, 仅 指无线侧

System Architecture Evolution=EPC, 仅指核心网 Long Term Evolution=EUTRAN仅指无线侧
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"
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：
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
EPS系统
2G
Gb
SGSN
Iu
EPS
EPS（Evolved Packet System，演进的分组系统） EPS由EPC、E-UTRAN 和UE三部分组成
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 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
接口协议栈-控制面（1/2）
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。
NAS Relay RRC PDCP RLC MAC L1 UE LTE-Uu RRC PDCP RLC MAC L1 eNodeB S1-AP SCTP IP L2 L1 S1-MME S1-AP SCTP IP L2 L1 MME NAS
PCRF HSS
S6a S9 Rx
BTS
BSC/PCU
TD
S3
S4
S6d
NodeB
RNC MME
S10
LTE
S1-MME S11 Gx
EPC
EPC（Evolved Packet Internet Core，演进的分组核心网） PS Service EPC是EPS的核心网部分， 取消了CS域，仅由纯PS BOSS 域网络实体组成 EPC由MME、S-GW、PGW、SGSN、HSS以及 PCRF组成
•
S5/S8 接口的控制面和S11接口使用GTPv2-C协议
GTP -C UDP IP L2 L1 S- GW S5 or S8 GTP -C UDP IP L2 L1 P-GW
GTP-C GTP-C
UDP
IP L2 L1 MME S11
UDP
IP L2 L1 S-GW
接口协议栈-控制面（2/2）
EPC标准架构及接口功能
用户局域网
SBC
CM-IMS
SBC
CPE
S10 S1-MME
MME
S6a
HSS
S11
SAE GW
LTE
S1-U S5/8 SGi
eNodeB
Serving GW PDN GW
Internet PS Service
集客专线
S3：当2G/TD与LTE互操作时，S4-SGSN与MME间通信的接口，基于GTPv2 S4：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
• S6a 接口使用Diameter 协议
Diameter SCTP/TCP IP L2 L1 MME S6a Diameter SCTP/TCP IP L2 L1 HSS
接口协议栈-用户面
• 用户面GTP-U基于GTPv1协议
Application IP PDCP Relay PDCP RLC MAC L1 LTE-Uu RLC MAC L1 GTP-U UDP/IP L2 L1 S1-U Relay GTP-U UDP/IP L2 L1 GTP-U UDP/IP L2 L1 S5/S8 a UDP/IP L2 L1 SGi IP GTP-U
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 aspects" 3GPP TR 29.803: "3GPP System Architecture Evolution (SAE): CT WG4 aspects" 3GPP TR 29.804: "3GPP System Architecture Evolution (SAE): CT WG3 aspects"
Iu
S6d
TD
S3
S4
NodeB
RNC MME
S10 S1-MME S11 S6a
PCRF HSS
S9 Rx
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
GGSN
SAE-GW MME
eUTRAN
GERAN /UTRAN
I P
ATM/ TDM
UTRAN
I P
SGSN
I P
SAE-GW LTE/EPC
SGSN 2/3G GGSN 3G-DTS
统一IP承载方式
GSM
Non-3GPP TDSCDMA LTE
统一扁平化的网络
统一控制承载分离
统一核心网
EPC的标准化进展
7.2/14.4Mbps
HSPA+
DL >40Mbps UL >10Mbps
LTE
DL:100Mbps UL:50Mbps
HSUPA
2M/5.76Mbps
CDMA2000 Evolution CDMA 1X 153kbps WiMAX Evolution
IEEE802.16d 20Mbps IEEE802.16e 70Mbps IEEE802.16m DL:100Mbps UL: 50Mbps 1xEV-DO Rev. 0 DL: 2.4Mbps UL:153.6kbps
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"

统一分组核心网的网络结构
普通2/3G核心网
1 用户面两级结构 2 控制面和用户面合一 3 通常采用TDM /ATM链路承载
3G DTS模式核心网
1 扁平化的核心网 2 部分控制承载分离
EPC架构
1 扁平化网络 2 控制承载分离 3 ALL IP承载
3 ALL IP承载
ATM /TDM
SGSN GGSN
1xEV-D0 Rev. A
DL: 3.1Mbps UL: 1.8Mbps
DO Rev. B
(MC DO) DL：46.5Mbps UL: 27Mbps
IMT -Advance
4G
2001-2005
2006
2007
2008
2009
2010
2011
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