EPC基本原理讲解课件

1、EPC基本原理目录EPC系统介绍EPC网络架构EPC网元选择EPC主要接口与协议移动性管理会话管理EPSQoS&承载切换背景-3GPP系统演进1G模拟2GFDMA3GCDMA4GOFDMA3GPPGSM/GPRS/EDGEUMTSR99/R4/R5/R6/R7LTE/EPCR8LTEAdvance3GPP2IS-951xCDMA2000UMB/CANLTE/EPC网络架构E-UTRANUEEPCEPSLTE:LongTermEvolutionSAE:SystemArchitectureEvolutionEPC:EvolvedPacketCoreEPS:EvolvedPacketSystemPC

2、RF:PolicyandChargingRulesFunctionEPC逻辑网元eNodeBMMEPDN-GWS-GWMMEServingGatewayPDNGateway移动性管理会话管理用户鉴权和密钥管理NAS信令的加密和完整性保护S-GW及P-GW选择切换过程中的MME/SGSN选择信令面合法监听TAIList的分配和管理分组路由和转发功能3GPP网络本地数据汇聚锚点IP头压缩合法监听IDLE态下行数据缓存eNodeB间切换的锚点基于用户和承载的计费S5/S8支持PMIP接口时需要实现BBERF功能分组路由和转发功能3GPP和非3GPP网络间的Anchor功能UEIP地址分配合法监听计费

3、和QoS策略执行功能基于DPI的包过滤上下行基于APN-AMBR的速率控制；LTE/EPC网络架构的特点SGSNGPRSUMTSLTENon-3GPPMMEHSSPCRFServingGWPDNGWBTSBSC/PCUNodeBRNCeNodeBS2a/S2bS1-US6aGxS5/8GbIuS1-MMES12S3S4S11SGiS9S10UserplaneControlplaneCDMA/WiFiInternetCorporateInternetOperatorServiceNetwork基于ALLIP的网络扁平化，用户面eNodeB-EPCGW真正的网络控制和承载分离支持多种制式共接入:2

4、G/3G/LTE/CDMA/WIMAX/WLAN网络控制的QoS策略控制和计费体系MME:MobilityManagementEntitySAE:SystemArchitectureEvolutionPCRF:PolicyandChargingRulesFunctionEPC(EvolvedPacketCore）S6dGGSNGiInternetBSC/PCFHSGW/ePDGLTE/EPC网络架构的特点多接入：支持各种接入，包括非3GPP接入方式，支持不同网络间、不同移动技术间业务的连续性IP化：全分组域组网，支持IP宽带业务扁平化：简化网络结构和协议标准，无线网络扁平化高速率：支持高数据传

5、送速率承载控制分离：分成控制面节点MME和用户面节点（S-GW,P-GW）信令流程优化：简化业务连接建立的时延，连接建立的时间要求小于200msQoS保证：针对不同接入技术，提供端到端的QoS保护网络升级投资：减少TCO下行速率100Mbps/20MHz上行速率50Mbps/20MHz用户面时延5ms控制面时延50msdormantactive带宽1.25,1.6,2.5,5,10,15,20MHz（上下行）移动性最优状态0-15Km/h维持高效15-120Km/h正常工作120-350Km/h容量每小区至少支持200激活用户/5MHzEPC网络结构单纯的LTE接入用户面达到最简化仅通过两个节

6、点即接入InternetS1-US5MMEEPC-GWSGiE-UTRUANS1-CS11OperatorsIPServiceS6aHSSEPC网络结构-G/U/L共存MME（MobilityManagementEntity）管理移动性，终端的识别参数以及安全参数S-GW（ServingGateway）终结无线接入部分的接口PDN-GW（PDNGateway）终结面向PDN的SGi接口RxS1-CS1-US11E-UTRUANMMES-GWS5GERANUTRANSGSNHSSS6aS4S3S12IuGrGbPDN-GWSGiPCRFGxPLMNOperatorsIPServiceEPC漫游网

7、络结构-G/U/L共存（1/2）S1-CS1-US11E-UTRUANMMES-GWS8aGERANUTRANSGSNHSSS6aS4S3S12IuGbHomeRouted：通过归属网络接入InternetPDN-GWSGiPCRFGxVPLMNHPLMNRxOperatorsIPServiceEPC漫游网络结构-G/U/L共存(2/2)S1-CS1-US11E-UTRUANMMES-GWS8aGERANUTRANSGSNHSSS6aS4S3S12IuGbPDN-GWSGiH-PCRFVPLMNHPLMNLocalBreakout：通过本地拜访网络接入InternetS9OperatorsIP

8、ServiceRxOperatorsIPServiceGxV-PCRF3GPP漫游架构用户面由归属域路由S1-MMES1-US11E-UTRUANMMES-GWS8GERANUTRANSGSNHSSS6aS4S3S12IuGbPDN-GWSGiPCRFGxVPLMNHPLMNRxOperatorsIPService3GPP漫游用户面由本地疏导、AF由归属域提供S1-MMES1-US11E-UTRUANMMES-GWS5GERANUTRANSGSNHSSS6aS4S3S12IuGbPDN-GWSGiH-PCRFVPLMNHPLMNS9OperatorsIPServiceRxOperatorsIP

9、ServiceGxV-PCRF3GPP漫游用户面由本地疏导、AF由拜访域提供S1-MMES1-US11E-UTRUANMMES-GWS5GERANUTRANSGSNHSSS6aS4S3S12IuGbPDN-GWSGiH-PCRFVPLMNHPLMNS9OperatorsIPServiceRxGxV-PCRF目录EPC系统介绍EPC网络架构EPC网元选择EPC主要接口与协议移动性管理会话管理EPSQoS&承载切换EPC网络常见标识GUTI：GlobalUniqueTemporaryUEIdentityGUTI=GUMMEI+M-TMSI-4G=(MCC+MNC+MMEI)+M-TMSI=(MCC

10、+MNC+(MMEGI+MMEC)+M-TMSI=(MCC+MNC+MMEGI)+S-TMSI寻呼UE时，使用的是S-TMSITAI：TrackingAreaIdentityTAI=MCC+MNC+TAC(TrackingAreaCode)网元选择(eNB选择MME)如果eNodeB收到的Attach消息中携带有GUTI信息，eNodeB从GUTI得到GUMMEI信息（之前服务该UE的oldMME的标识），eNodeB判断是否在该oldMME的范围内，如果在，eNodeB向该MME发送attach请求，如果不在，eNodeB为该UE重新选择一个MME。如果没有GUTI信息，则重新为该UE选择一

11、个MME，选择算法就是根据WeightFactor进行选择。网元选择(MME选择PDN-GW/S-GW)基本原则：选择状态正常的SGW、PGW；对2/3/4G用户，需要选择GGSN/PGW融合网关；SGW、PGW负载均衡：DNS没有升级支持S-NAPTR功能前，通过MME本地静态配置方案完成SGW、PGW的负荷分担；DNS升级支持S-NAPTR功能后，可以通过DNS预配值，MMES-NAPTR查询的方案实现SGW和PGW的选择。选择拓扑关系较近的网元：如果DNS完成升级到支持S-NAPTR功能，MME通过S-NAPTR查询获取SGW/PGW的主机名，通过最大匹配SGW和PGW主机名，实现拓扑关

12、系最近的GW选择功能。尽可能选择S-GW和P-GW合一的设备网元选择(MME选择HSS)MME和HSS之间采用直连组网方案，MME通过本地静态配置，通过IMSI号码分析直接找到HSS。MME和HSS之间采用DRA组网方案，MME通过由DRA完成到HSS的路由。目录EPC系统介绍EPC网络架构EPC网元选择EPC主要接口与协议移动性管理会话管理EPSQoS&承载切换EPC主要网络接口EPC网络协议以GTP和Diameter为主EPC主要接口协议InferfaceDescriptionTransportProtocolsS1-CeNodeB与MME之间的接口SCTP36.412,36.413S6a

13、MME和S6a之间的接口Diameter29.272S10MME和MME之间的接口GTPv229.274S11MME和S-GW之间的接口GTPv229.274S12RNC和S-GW之间的接口GTPv129.060S3SGSN和MME之间的接口GTPv229.274S4SGSN和S-GW之间的接口GTPv229.274S1-UeNodeB与S-GW之间的接口GTPv129.060S5/S8S-GW和P-GW之间的接口GTPv2,PMIPv629.274,29.275SGiP-GW与PDN之间的SGi接口UDP/IP、RADIUS、DHCP、L2TP29.061GxP-GW与PCRF之间的Gx接口

14、Diameter29.212,RFC3588GxcS-GW与PCRF之间的Gxc接口Diameter29.212,RFC3588GaS-GW或P-GW与CGF之间的Ga接口GTP32.251S6bP-GW与3GPPAAAServer之间的S6b接口DiameterRFC3588S2aP-GW与可信任的非3GPP网络之间的S2a接口PMIPv629.275GyP-GW与OCS/CCF之间的Gy接口DiameterRFC3588EPC控制面协议栈NASRRCPDCPRLCMACL1NASS1-APSCTPIPL2L1RRCS1-APPDCPSCTPRLCIPMACL2L1L1UELTE-UueNo

15、deBMMES1-MMEEPC用户面协议栈目录EPC系统介绍EPC网络架构EPC网元选择EPC主要接口与协议移动性管理会话管理EPSQoS&承载切换移动性管理2G/3G的主要差异在Attach流程中建立缺省PDN连接及这个PDN连接的缺省承载为了支持和non-3GPP网络之间的切换，UE使用的PDN连接信息需要注册到HSS。E-UTRAN网络内引入“TAList”，UE在“TAList”内的TA移动时不触发更新区更新流程GERAN/UTRAN与E-UTRAN网络间引入ISR机制，以减少UE在GERAN/UTRAN网络与E-UTRAN之间的位置区更新流程安全机制加强，UE和MME执行NAS信令的

16、加密/完整性保护，UE和eNB之间执行AS信令的加密/完整性保护和UP的加密简化Service流程，MME收到ServiceRequest消息后通知eNB重建所有无线承载Flex机制的增强E-UTRAN初始附着UE在AttachRequest消息中携带RequestType，指示Initialattach或者HandoverAttach（UE从non-3GPP网络切换到3GPP网络导致的Attach流程)在Attach流程中建立缺省PDN连接及这个PDN连接的缺省承载MME将缺省PDN连接使用的信息注册到HSS移动性管理TAList将若干跟踪区TA组合为一个TAList，移动终端在此TALis

17、t包含的所有TA区中移动时候，不再需要发起TA更新网络寻呼用户时，在整个TAList包含的所有TA区中寻呼用户TAList允许重叠，以进一步避免静态TAList边界处的乒乓效应TAList允许核心网根据用户属性来动态分配TA：TrackingArea安全架构MME和UE执行NAS信令的加密/完整性保护eNB和UE执行AS信令的加密/完整性保护，UP的加密UEeNBMMEAS安全（加密/完整性）UP安全（加密）NAS信令安全（加密/完整性）算法协商MME选择NAS算法,eNB选择AS/UP算法；MME和eNB分别向UE确认NAS算法和AS算法；MME选择NAS算法是根据：UE支持的NAS安全能力

18、，MME支持的NAS安全能力，系统允许(配置)的NAS安全能力；eNB选择AS/UP算法是根据：UE支持的AS/UP安全能力(通过S1)、eNB支持的AS/UP安全能力。目录EPC系统介绍EPC网络架构EPC网元选择EPC主要接口与协议移动性管理会话管理EPSQoS&承载切换会话管理状态(ECM)Figure4.6.4-3:ECMstatemodelinUEFigure4.6.4-4:ECMstatemodelinMME会话管理专有承载激活、修改、去激活流程全部由PDNGW发起，删除UE发起的承载激活、修改、去激活流程。单个承载中可以使用双栈，即一个IPv4地址和一个IPv6地址。UE在请求承

19、载资源分配或者资源释放时发起”UErequestedbearerresourcemodification“流程，这个流程允许UE对新的特定QoS需求的业务流请求分配承载资源或者允许UE请求释放业务流。PDNGW对这个请求决定发起承载激活流程、承载修改流程或者承载去激活流程。在Attach流程中建立缺省PDN连接及这个PDN连接的缺省承载，UE通过“UErequestedPDNconnectivity”流程建立其它的PDN连接及这个PDN连接的缺省承载。UE通过“UErequestedPDNdisconnection”流程释放PDN连接及这个连接中的所有承载。UErequestedPDNconn

20、ectivityUE在请求消息中携带这个PDN连接使用的APN以及PDNType（IPv4,IPv4v6,IPv6）。UE在请求消息中指示网络侧这个请求的类型（Initial，Handover）。对于Handover的请求处理（即这个PDN连接请求是由于UE从non-3GPP网络切换到3GPP网络导致的请求），PDNGW继续使用UE在源non-3GPP网络中分配的IP地址。MME在收到PDN连接请求消息中发起缺省承载的建立流程。MME在CreateSessionRequest消息中携带“DualAddressBearerFlag”指示PDNGW这个缺省承载能否使用IPv4v6双栈。PDNGW根

21、据UE请求的PDNType、DualAddressBearerFlag和运营商的策略决定给UE分配IP地址的类型。如果UE请求分配IPv4v6地址，但是网络运营商优选IPv4或者IPv6地址，则PDNGW给这个UE分配IPv4或者IPv6地址，同时携带Cause原因值”networkpreference“通知UE，后续UE不再请求另一个IP地址的分配；如果UE请求分配IPv4v6地址，但是为了和Release7网络的互通，网络运营商给这个缺省承载只分配一个IP地址，通知携带Cause原因值“singleaddressbearersonly”，后续UE可以请求另一个IP地址的分配。MME在Cre

22、ateSessionRequest消息中携带DefaultBearerQoS（QCI，ARP，APN-AMBR）到PDNGW。这个QoS由MME从HSS中获得。对于Initial的请求，MME将这个PDN连接使用的APN和PDNGW标识注册到HSS。UErequestedPDNdisconnectionUE通过这个流程请求释放一个PDN连接。MME收到请求消息后在DeleteSessionRequest消息中携带DefaultBearerID，PGW收到这个ID后将PDN连接的所有承载删除。如果请求释放的PDN连接是UE中的最后一个PDN连接，则MME回拒绝消息到UE，通知UE发起Detach

23、流程来释放PDN连接。Dedicatedbeareractivation承载的标识（类似于NSAPI）由MME分配ULTFT、EPSBearerQoS等信息封装在SessionManagementRequest消息中，这个消息通过BearerSetupRequest消息和RRCConnectionReconfiguration消息传给UE。这个承载激活流程可能由“UErequestedbearerresourcemodification”流程导致，也有可能PDNGW收到PCRF发送的PCCrules导致（如UE从non-3GPP网络切换到3GPP网络后PDNGW从PCRF中获取UE使用的PCC

24、规则；或者PCRF从AF中收到UE使用的业务信息，PCRF将这个业务对应的PCC规则下发给PDNGW）。BearermodificationwithbearerQoSupdate这个承载修改流程可能由“UErequestedbearerresourcemodification”流程导致，也有可能PDNGW收到PCRF发送的PCCrules导致。ULTFT、EPSBearerQoS等信息封装在SessionManagementRequest消息中，这个消息通过BearerModifyRequest消息和RRCConnectionReconfiguration消息传给UE。如果这个承载修改流程由“

25、UErequestedbearerresourcemodification”流程导致，则PDNGW在UpdateBearerRequest消息中携带UE在“UErequestedbearerresourcemodification”流程中携带的PTI。这个流程触发的条件：1、GBR承载中新增或者删除一个业务流；2、HSS的签约QoS发生改变。由于HSS中的签约QoS是缺省承载的QoS，所以由HSS的签约QoS改变导致的承载修改流程在缺省承载上进行；3、UE在GERAN/UTRAN和E-UTRAN对于相同的业务，使用不同的QoS参数，则UE从GERAN/UTRANhandover或者change

26、到E-UTRAN网络。BearermodificationwithoutbearerQoSupdate这个承载修改流程可能由“UErequestedbearerresourcemodification”流程导致，也有可能PDNGW收到PCRF发送的PCCrules导致。由于QoS没有改变，无线侧承载不需要修改，ULTFT、EPSBearerQoS等信息封装在SessionManagementRequest消息中，这个消息通过eNodeB透传给UE。如果这个承载修改流程由“UErequestedbearerresourcemodification”流程导致，则PDNGW在UpdateBearer

27、Request消息中携带UE在“UErequestedbearerresourcemodification”流程中携带的PTI。这个流程触发的条件：1、non-GBR承载中新增或者删除一个业务流。PDNGWinitiatedbearerdeactivation这个承载去激活流程可能由“UErequestedbearerresourcemodification”流程导致，也有可能PDNGW收到PCRF发送的PCCrules导致，或者UE从3GPP网络切换到non-3GPP网络。如果这个承载去激活流程由“UErequestedbearerresourcemodification”流程导致，则PDN

28、GW在DeleteBearerRequest消息中携带UE在“UErequestedbearerresourcemodification”流程中携带的PTI。这个流程触发的条件：1、承载中所有的业务流被删除。2、UE从3GPP网络切换到non-3GPP网络。如果承载去激活是由于UE从3GPP网络切换到non-3GPP网络，则DeleteBearerRequest消息中携带指示信息指示删除PDN连接中的所有承载。如果MME中的所有承载被释放，则MME设置MM的状态为EMM-DEREGISTERED（即MME分离UE）。目录EPC系统介绍EPC网络架构EPC网元选择EPC主要接口与协议移动性管理会

29、话管理EPSQoS&承载切换EPCQoS承载分为缺省承载和专有承载，缺省承载在PDN连接的生命周期内不允许释放。承载分为GBR承载和non-GBR承载。Non-GBR承载中没有单个的MBR参数控制，APN中的所有non-GBR承载共享APN-AMBR参数，UE中的所有non-GBR承载共享UE-AMBR参数。HSS中只有APN级别的EPS签约的QoS参数（QCI、ARP、APN-AMBR）。GBR承载使用的GBR、MBR参数由PCRF通知给PDNGW。简化QoS参数，只有QCI、APR、GBR、MBR、APN-AMBR、UE-AMBR参数。EPSBearer承载的类型：DefaultBeare

30、r/DedicatedBearer；non-GBRBearer/GBRBearer缺省承载（DefaultBearer）：在UE连接到一个PDN时建立的承载，这个承载在这个PDN连接的生命周期内不释放。专有承载（DedicatedBearer）：PDN连接中的非DefaultBearer的所有承载。Non-GBRBearer：共享带宽资源的承载。GBRBearer：独占带宽资源的承载。EPC承载层QoS供应机制-主要概念承载类型：专用承载QoS保证类型：默认承载非GBR承载GBR承载QCIARPQCIARPAMBRGBRMBR所标识的带宽资源为所有非GBR承载共享QCIcharacterist

31、icsResourcetype（GBR/NGBR)PLR(PacketLossRate)PDB(PacketDelayBudget)Priority是EPC实现AlwaysOn的关键概念在Attach时缺省承载建立DefaultQoSQCI：QoSClassIdentifierARP：AllocationandRetentionPriorityGBR：GuaranteedBitRateAMBR：AggregateMaximumBitRateEPSQoS参数QCI（QoSClassIdentifier）：控制承载级别的包转发处理（如，schedulingweights,admissionthre

32、sholds,queuemanagementthresholds）的参数。不同的QCI的业务流需使用不同的承载。QCI的特性以及QCI与pre-Rel-8的QoS参数之间的映射标准化。ARP（AllocationandRetentionPriority）：承载建立/修改请求的优先级，当资源限制时根据这个参数决定承载建立/修改请求是接受还是拒绝。不同的ARP的业务流需使用不同的承载。GBR(GuaranteedBitRate)：GBR承载的保证比特率。MBR（MaximumBitRate）：GBR承载的最大比特率。APN-AMBR(perAPNAggregateMaximumBitRate):H

33、SS中的签约参数。APN中的所有PDN连接中的所有non-GBR承载的聚合的最大比特率。上行的APN-AMBR处理在UE和PDNGW上执行，下行的APN-AMBR处理在PDNGW上执行。UE-AMBR（perUEAggregateMaximumBitRate）：UE中的所有nonGBR承载的聚合最大比特率。上下行的UE-AMBR处理在eNB上执行。EPC承载层QoS供应机制-QCI表格QCIResourceTypePriorityPacketDelayBudgetPacketErrorLossRateExampleServices1GBR2100ms10-2ConversationalVoice24150ms10-3ConversationalVideo(LiveStreaming)3350ms10-3RealTimeGaming45300ms10-6Non-ConversationalVideo(BufferedStreaming)5Non-GBR1100ms10-6IMSSignalling66300ms10-6Video(BufferedStreaming)TCP-based(e.g.,www,e-mail,chat,ftp,p2pfileshari