经典EPC核心网培训教材
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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wenku.baidu.com–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：
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
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
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"
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
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
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
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"
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：
•
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）
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
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
• • • •
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
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
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
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
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
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
MME
HSS
DRA
SAE PS
SAE-PGW
SAE GW eNodeB
SGSN
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
• 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
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
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
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wenku.baidu.com–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：
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
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
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"
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
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
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
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"
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：
•
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）
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
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
• • • •
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
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
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
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
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
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
MME
HSS
DRA
SAE PS
SAE-PGW
SAE GW eNodeB
SGSN
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
• 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
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
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