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 数据路由和转发功能

2、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能,用户设

3、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 server,hss,int

4、ernet (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,epc (evolv

5、ed 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,lte短信业务方案,基于3gpp标准规定的sg

6、s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-s通过sgs接口将“短信”发送至mme,5：m

7、me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院有限公司,e-utran,mme,s-gw,p-

8、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,终端切换至td/2g网络 响应寻呼,5,建立话路 连接,1

9、、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,电路域,mgw,epc,ip网络,话音业务,其它数据 业务网,

10、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,19,enodeb与mme之间的网络组织,方案一：为每个enodeb

11、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

12、，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(或两个)s-gw负责疏通,方案二：全连接 不设置enodeb与s-gw的归

13、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,电路域,mgw,msc server,gmgw,ggsn,pdn,gmsc

14、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，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、

15、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,sgsn,ggsn,方式一：承载在ip承载网,sae gw /ggsn

16、,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以承载高速数据业务为主,epc采用与td/2g分组域融合组网模式,lte voims方

17、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

18、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1.5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

19、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,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,

20、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,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

21、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sg