210 数据网LTE 核心网EPC.docx
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210数据网LTE核心网EPC
数据网
—LTE核心网(EPC)
中国电信维护岗位认证教材编写小组编制
目录
第1章EPS网络概述3
1.1EPS网络概述3
1.1.1EPS网络关键概念3
1.1.2EPS网络关键技术3
1.2当前主流技术向LTE的演进3
第2章EPC网络架构5
2.1LTE-EPC目标网络架构5
2.2EPC重要网元5
2.2.1GW5
2.2.2MME6
2.2.3HSS6
2.2.4PCRF7
2.3EPC重要接口7
第3章EPC基本流程9
3.1Attach9
3.2TAU9
3.3ServiceRequest10
3.4S1-Release11
3.5Detach12
3.6承载创建/修改/删除13
3.7切换14
3.8PDN连接或者去连接17
第1章EPS网络概述
1.1EPS网络概述
1.1.1EPS网络关键概念
LTE:
LongTermEvolution长期演进,是3GPP制定的高数据率、低延时、面向分组域优化的新一代宽带移动通信标准项目。
3GPP:
The3rdGenerationPartnershipProject,第三代合作伙伴计划3GPP的目标是实现由2G网络到3G网络的平滑过渡,保证未来技术的后向兼容性,支持轻松建网及系统间的漫游和兼容性。
其职能:
3GPP主要是制订以GSM核心网为基础,UTRA(FDD为W-CDMA技术,TDD为TD-CDMA技术)为无线接口的第三代技术规范。
E-UTRA:
LTE空中接口
E-UTRAN:
LTE接入网=UE+eNB
EPC:
EvolvedPacketCore4G核心网,3GPP的演进分组核心网,由MME+SGW+PGW组成
EPS:
EvolvedPacketSystem,3GPP的演进分组系统,由E-UTRAN+EPC组成
SAE:
系统架构演进项目
1.1.2EPS网络关键技术
EPS网络关键技术:
ØEPS提供永远在线的用户体验,降低了用户接入业务的延时
ØEPS的核心网允许多种无线技术的接入,目前支持的接入技术包括3GPP已经定义的UTRAN/GERAN,LTE,3GPP2定义的,以及IWLAN接入
ØEPS在核心网将用户面和控制面进行分离,实现了网络的进一步扁平化
ØEPS引入了TAIlist和ISR等概念,降低了空口信令负荷,节约了网络资源
ØEPS引入了PCC,对QoS控制、策略和计费控制集中处理
1.2当前主流技术向LTE的演进
关于2G/3G/4G的争论已经结束,所有移动技术都朝着满足未来业务需求的方向发展,并且逐渐趋于一致。
当前主流技术向LTE的演进的路径详见下图:
⏹LTE相对3G的性能提升:
第2章EPC网络架构
2.1LTE-EPC目标网络架构
LTE-EPC目标网络架构如下图:
1、LTE-EPC网络架构的特征是:
●基于ALLIP的网络扁平化,用户面eNodeB->SAEGW
●真正的网络控制和承载分离
●支持多种制式共核心网:
GPRS/UMTS/eHRPD/LTE,eHRPD网络通过S2a接入EPC
2、LTE系统由3部分组成:
核心网(EPC,EvolvedPacketCore)、接入网(eNodeB用户设备(UE),其中EPC分为三部分:
1)MME(MobilityManagementEntity,负责信令处理部分)
2)S-GW(ServingGateway,负责本地网络用户数据处理部分)
3)P-GW(PDNGateway,负责用户数据包与其他网络的处理)
2.2EPC重要网元
2.2.1GW
GW分为S-GW和P-GW,它们的主要功能是:
(一)SGW
SGW位于用户面,对每个接入LTE的UE,一次只能有一个SGW为之服务,功能有:
1)会话管理:
SGW能对承载进行建立、修改和释放,能存储EPS承载上下文
2)路由选择和数据转发:
eNodeB间切换时,SGW做为本地锚定点在路径转发后,像源eNodeB发送结束标记,从新排序功能。
3)QoS控制:
支持EPS主要承载的主要QoS参数
4)计费
5)存储信息
(二)PGW
PGW位于用户面,是面向PDN终结与SGi接口网关,功能有:
1)IP地址分配:
用户UE的IP地址是由PGW来分配的,静态和动态。
2)会话管理:
支持EPS承载管理功能,建立、修改、释放,能根据APN进行域名解析并寻址到外网。
3)PCRF选择
4)路由选择数据转发
5)QoS控制
6)计费
7)策略和计费执行
2.2.2MME
MME(MobilityManagementEntity)是核心网唯一控制平面的设备,它的功能主要有:
1)移动性管理:
附着/去附着、跟踪区更新、切换和寻呼
2)接入控制:
MME通过鉴权功能实现网络和用户之间的相互鉴权和密钥协商,确保用户请求的业务在当前网络可用。
3)会话管理:
对建立会话所必须的承载的管理,默认承载和专用承载。
4)网元选择:
PGW和SGW的选择。
5)信息存储:
MME要保存用户的状态,MM上下文和EPS承载上下文信息。
包括,用户标识、跟踪区信息、鉴权信息、安全算法、网元地址、QOS参数。
6)业务连续性:
MME还能支持EPS与2G/3G建的业务互通。
2.2.3HSS
HSS:
HomeSubscriberServers是存储用户签约信息数据库,与2G/3G中的HLR类似,主要功能有:
1)用户标识、编号和路由信息
2)用户安全信息,用于鉴权和授权的网络接入控制信息
3)用户位置信息
4)HSS用于鉴权、完整性保护和加密的用户安全信息
5)HSS负责与不同域和子系统的呼叫控制和会话挂你蓝实体进行联系。
2.2.4PCRF
PCRF:
PolicyandChargingFunction,策略计费控制功能,功能有:
1)策略控制决策。
2)对用户请求的业务授权、策略分配。
3)基于流计费控制功能
4)反馈网络堵塞的情况
5)获取计费系统信息,反馈话费使用情况等。
2.3EPC重要接口
EPC网络的重要接口有:
ØS1-MME:
E-UTRAN和MME间控制平面协议参考点
ØS1-U:
E-UTRAN和S-GW间每个承载的用户平面隧道参考点
ØS3:
S4SGSN和MME之间的接口,能够使用户和承载信息在idle和active状态,实现3GPP网间交互
ØS4:
提供S4SGSN和S-GW之间的相关控制和移动性管理
ØS5:
提供S-GW和P-GW之间用户平面隧道效应和隧道管理,只用于S-GW和P-GW属于同一个PLMN
ØS6a:
为鉴别确认用户接入EPS系统,在MME和HSS之间传输签约数据。
ØGx:
为PCRF和P-GW中的PCEF(PolicyandChargingEnforcementFunction)提供QoS准则和计费标准的传输。
ØS8:
提供S-GW和P-GW之间的用户平面和控制平面的传输,只用于S-GW和P-GW不属于同一个PLMN
ØS9:
为支持当地网关功能,S9提供归属PCRF和拜访区域PCRF之间传输QoS和计费控制信息。
ØS10:
MME间的接口,为MME和MME之间信息的传输。
ØS11:
提供MME和S-GW之间的相关控制和移动性管理
ØS12:
当直连隧道建立后,UTRAN和S-GW之间的用户面接口,与GPRS网络的UTRAN和GGSN之间接口类似
ØSGi:
P-GW和分组数据网络之间的接口。
分组数据网可以是外部公共或私人数据网,也可以是内部分组数据网,例如为IMS提供服务。
ØRx节点位于AF和PCRF之间,具体PCC部分描述
第3章EPC基本流程
3.1Attach
Attach发生的不同场景:
ØUE初始接入网络,此时接入的MME没有任何UE的上下文数据
ØUE之前非法关机或者某些错误,此时UE有有效的临时用户标识(GUTI/P-TMSI),网络中的移动管理实体(MME/SGSN)有UE的上下文,当前接入的MME需要去之前的移动管理实体获取上下文,并且删除之前的无效承载和HSS的位置信息
ØUE从非3GPP网络切换到3GPP网络,进行的预注册过程。
如果UE连接的PDNid发生变化,则MME需要将UE连接APN和PDNid对应关系通知给HSS
Ø特殊的,对于前两种情况,如果UE的签约允许切换到非3GPP网络,则MME总是需要将UE连接的APN和PDNid对应关系通知给HSS
3.2TAU
TAU的触发条件:
ØUE从UTRAN/GERAN网络移动到EUTRAN网络,并且没有激活ISR
ØUE在发现进入一个新的TA,其id不在TAIlist中
Ø周期性跟踪区更新定时器超时
ØRRC连接释放消息中原因值为“loadre-balancingTAUrequired”
ØUE的核心网能力发生变化
ØUE设定的DRXParametersinformation发生了变化
ØUE手动选择接入一个HeNB
Ø处于连接态的UE,无线连接发生了错误。
如果UE重新连接到了EUTRAN,并且没有数据需要发送(NASRecovery)
图:
TAU消息流程
TAU的关键问题:
Ø对于双模终端,如果有两个有效的临时用户标识。
当第一个临时用户标识获取用户上下文失败的时候,可以使用第二个获取用户上下文;
ØUE通过设置TIN(TemporaryIdentityusedinNextupdate)来确定如何在TAUrequest中填充临时用户标识,TIN还用于指示在UE端ISR功能是否激活;
Ø如果S-GW变化,则目标MME需要发送CreateBearerRequest给S-GW,建立新的GTP隧道,源MME/SGSN和源S-GW之间的GTP隧道会被释放;
Ø如果S-GW没有变化,则目标MME需要发送UpdateBearerRequest给S-GW,复用之前的GTP隧道;
Ø如果TAU过程中如果分配了新的GUTI和TAIlist,则UE需要向MME返回TAUcomplete消息。
3.3ServiceRequest
网络由下行数据或者信令,但是UE处于Idle状态,网络寻呼到UE之后触发SR流程:
图:
ServiceRequest消息流程
3.4S1-Release
S1-Release发起的场景:
1、由eNB发起,例如网络错误,或者用户长时间处于未激活状态
2、MME发起,例如鉴权错误,注销
图:
S1-Release消息过程
3.5Detach
1、触发类型
1)UE发起,显式通知网络
2)网络发起,可以显式detach也可以隐式detach
Ø显式detach指的是,需要通过detachrequest通知给UE,即使UE处于idle状态也需要先寻呼到UE,再将消息下发给UE
Ø隐式detach指的是,如果UE处于idle状态,则无需寻呼UE,直接将UE的相关上下文和承载删除
3)网络发起的detach,可以有MME触发,例如MME的设定的定时器超时;也可以由HSS触发,例如签约数据变化导致。
2、关键问题
1)如果UE激活了了ISR,则收到UE发送的detach请求或者主动发起detach的移动管理实体,需要通知另一移动管理实体,并指示detach类型
2)网络发起的detach,可以通过指示不同的注销类型和原因,UE据此采取相关操作,例如重新attach,或者重选小区
图:
ServiceRequest消息流程
3.6承载创建/修改/删除
EPS网络的QoS都由网络决定,因此承载的创建/修改/删除都是由网络侧决定,UE可以发起对某一或者某些资源的请求、修改或者释放,来触发网络发起承载的创建/修改/删除。
HSS存储的签约数据发生变化,可以向MME插入签约数据,如果QoS变化则可能触发MME请求修改承载,从而触发P-GW决定修改或者删除承载。
如果无线承载被释放,eNB可以触发MME发起承载去活。
MME发起的承载去活流程,只能够请求去活专用承载,如果需要去活默认承载使用PDNdisconnection流程。
P-GW发起的承载修改,可以改变QoS,也可以不修改QoS只更新TFT。
图:
承载创建/修改/删除消息过程
3.7切换
1、X2切换
Ø该切换使用eNB之间的X2接口,并且MME不会发生变化,但是S-GW可能发生变化
Ø源和目标eNB之间完成资源预留之后,通知MME切换
图:
X2切换消息过程
2、S1切换
Ø如果eNB之间没有X2接口,则使用S1切换
ØMME和S-GW都可能发生变化,目标MME决定是否重选S-GW
图:
S1切换消息过程
3、IRAT切换
Ø在UTRAN/GERAN和EUTRAN之间发生的切换
Ø该切换中可能有数据转发,根据转发数据是否经过核心网分为间接转发和直接转发
Ø间接转发的隧道在切换完成后,目标侧MME/SGSN会释放
ØUTRAN/GERAN连接的S-GW是否在转发路径上由SGSN决定
图:
IRAT切换准备阶段
图:
IRAT切换执行阶段
3.8PDN连接或者去连接
PDN连接或者去连接的发起场景:
ØUE通过PDNconnection流程对已有的一个PDN连接,请求不同类型地址
ØUE通过PDNconnection流程请求建立一个新的PDN连接,该流程会触发网络发起的默认承载的建立
ØPDNdisconnection可以由UE或者MME发起
如果UE或者MME希望发起对最后一个PDN去连接,不能使用该流程,需要发起detach流程
图:
PDN连接
图:
PDN去连接