EPC核心网原理及其协议

电信EPC交流2013-07中国电信移动分组域网络构架图LTEeHRPDMMEHSSPCRFS-GWP-GWeNodeBS2aS1-US6aGxS5/S8S1-MMES11eANBTSA10/A11‘HSGWAN-AAAA123GPPAAASWxUserplaneControlplaneA10/A11BTSHRPDANPDSNSGiMMSE-mailSP/CPinternetCGBillingOCSGaGyHACCG3GPP2AAAS10S6b2G/3G/4G用户长期共存，并行发展，叠加新建LTE-EPC网络，保持现网稳定STaLTE/EPC核心网组网EPC基本网元实体MMESGWPGW移动性管理会话管理用户鉴权和密钥管理合法监听[控制面部分]NAS层信令的加密和完整性保护TALIST管理P-GW/S-GW选择分组路由和转发功能IP头压缩合法监听[用户面部分]IDLE态终结点，下行数据缓存E-NodeB间切换的锚点基于用户和承载的计费路由优化和用户漫游时QoS和计费策略实现功能S5/S8支持MIP接口时需要实现PCEF功能分组路由和转发3GPP和非3GPP网络间的Anchor功能[HA功能]UEIP地址分配，接入外部PDN的网关功能计费和QoS策略执行功能合法监听DPI功能基于业务的计费HSSPCRF用户签约数据储存用户的QoS,

APNPDN类型(IPv4/v6/DS)鉴权参数融合的策略服务器服务于移动和固定网络

设定策略规则跟踪配额QoS参数管理触发策略修改实现VoLTE及IMS解决方案Page5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选择一个MME，选择算法就是根据WeightFactor进行选择。网元选择(eNB选择MME)Page6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PDN-GW/S-GW)Page7MME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。网元选择(MME选择HSS)Page8InferfaceDescriptionTransportProtocolsS1-CeNodeB与MME之间的接口SCTP36.412,36.413S6aMME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GTP'32.251S6bP-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主要接口协议Page9S1接口eNodeBMMES1-MMES-GWS1-UPage10S10/S11/S6a接口eNodeBMMES1-MMEHSSS6aMMES10S-GWS11Page11S5/S8接口eNodeBS-GWS1-UMMES11P-GWS5P-GWS8PLMN1PLMN2Page12Gx/Sgi接口S-GWP-GWPCRFGxAAAServerWebServerSGiPDNPage13UE/PDNGWPDNConnection#1IPaddressAPNetcPDNConnection#mIPaddressAPNetcBearerIDQoSparameteretcEPSBearer#1BearerIDQoSparameteretcEPSBearer#nTFTTFT··················Filter#1FilterattributeprecedenceFilter#kFilterattributeprecedenceEPC术语：PDN连接/承载永久用户标识IMSI(InternationalMobileSubscriberIdentity)MCC(MobileCountryCode)MNC(MobileNetworkCode)MSIN(MobileSubscriberIdentity)EPC标识（IMSI）业务相关APN(AccessPointName)APN=APN-NI+APN-OI APN-NI: 由运营商定义 APN-OI: mnc<MNC>.mcc<MCC>.gprs一个APN的实例: 4GNET.MNC012.MCC462.GPRSPage15EPC标识（APN）EPSBearerID用来唯一的表示一个通过接入网接入的用户的一个EPS承载的标识。EPSBearerID是MME分配的。核心网侧承载和无线侧承载有一对一的映射关系，eNB来进行两个承载ID的映射。Page16EPC标识（EPSBearerID）临时用户标识GUTI(GloballyUniqueTemporaryID)Page17GUMMEI(GlobalUniqueMMEIdentifier)MMEI(MMEIdentifier)MMEGI(MMEGroupId)MMEC(MMECode)M-TMSI(MMETemporarySubscriberIdentity)EPC标识（GUTI）临时用户标识S-TMSIPage18MMEC(MMECode)M-TMSI(MMETemporarySubscriberIdentity)EPC标识（S-TMSI）Page19将若干跟踪区TA组合为一个TAList，移动终端在此TAList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：TrackingAreaTAListPage20MMETAList1TA1CELL1CELL2TA2CELL3CELL4TAList2TA3CELL1CELL2TA4CELL3CELL4MMEI=MMEGroupID+MMECodeIMSIMSISDNGUTI=GUMMEI+M-TMSI=MCC+MNC+MMEI+M-TMSITAI=MCC+MNC+TAC位置信息Page21移动性管理流程主要的移动性管理流程：附着流程分离流程服务请求流程跟踪区更新流程切换流程Page22附着流程附着流程的功能：UE注册到EPS网络中。网络附着的过程中会建立一个缺省的EPS承载，该承载提供永久的IP连接。

附着过程可能触发一个或多个专有EPS承载的建立过程。在MME和UE中将创建该用户的MM上下文和EPS承载上下文。在S-GW和P-GW中将创建该用户的EPS承载上下文。Page23附着流程（1/2）Page24附着流程（2/2）Page25分离流程分离过程在以下情况下使用：UE从EPS服务分离。UE断开与最后一个PDN的连接。网络通知UE不能再接入EPS。UE可能被显式或隐式分离：显式分离：网络侧或UE主动请求分离，同时发起一方会主动通知另一方。隐式分离：网络侧分离UE，并不通知UE。例如网络侧认为UE不可达。分离流程有三类：UE发起的分离流程MME发起的分离流程HSS发起的分离流程Page26UE发起的分离流程Page27MME发起的分离流程Page28HSS发起的分离流程服务请求流程业务请求流程建立S1-AP连接和S1-U承载触发原因:UE触发(响应寻呼+业务请求)网络触发(寻呼+业务请求)Page29UE发起服务请求流程Page30网络发起服务请求流程Page31跟踪区更新流程TAU（Trackingareaupdate）的触发条件：UE发现当前的TAI不在UE注册网络的TA（TrackingArea）List中。周期性TAU。UE的接入类型即RATtype(GERAN、UTRAN、E-UTRAN)发生改变。网络侧负载均衡触发TAU。切换过程中触发的TAU。Page32伴随S-GW改变的TAU流程Page33切换在ECM-CONNECTED状态下，在EUTRAN决定重选后，会触发切换过程。MME支持以下类型的切换：Intra-EUTRANhandoverX2-basedhandover（其中X2接口为eNodeB间的接口）S1-basedhandoverPage34MME和ServingGW均未发生改变的eNodeB之间（X2）的切换

Page35ServingGW发生改变的eNodeB之间（X2）的切换

Page36MME和ServingGW均发生改变的eNodeB之间（S1）的切换（1/2）

Page37MME和ServingGW均发生改变的eNodeB之间（S1）的切换（2/2）

Page38Page39会话管理会话管理EPS会话管理的对象为EPS承载。EPS通过E-UTRAN网络和EPC网络，为UE提供了一条UE与PDN之间的IP连接，称为PDN连接。每个PDN连接都由EPS承载（EPSBearer）和IP连接组成。EPS承载定义为一个或多个业务数据流SDF（ServiceDataFlow）的逻辑集合，这是为了满足一个承载级别或承载粒度的QoS管理和控制的需要。当UE建立一个到某个PDN的PDN连接时，会建立一个EPS承载，这个承载在PDN连接的过程中不会被释放以提供到该PDN的永久性连接，这个承载被称为缺省承载。所有额外的到该PDN的EPS承载被称为专用承载。Page40会话管理过程网络侧发起的会话管理过程包括：专有承载激活流程承载更新流程承载去激活流程UE发起的会话管理过程包括缺省承载上下文激活UE请求PDN连接UE请求PDN断连UE请求承载资源分配和修改Page41承载管理的基本过程承载管理的基本过程包括：专有承载激活流程承载激去激活流程P-GW发起的承载去激活流程MME发起的承载去激活流程承载更新流程P-GW发起伴随QoS更新的承载更新流程HSS发起的签约QoS更新流程

P-GW发起没有QoS更新的承载更新流程UE发起承载资源修改流程Page42专有承载激活流程Page43P-GW发起的承载去激活流程Page44MME发起的承载去激活流程Page45P-GW发起伴随QoS更新的承载更新流程Page46HSS发起的签约QoS更新流程Page47P-GW发起没有QoS更新的承载更新流程Page48UE发起承载资源修改流程Page49PDN连接管理的基本过程PDN连接管理的基本过程包括：UE请求PDN连接UE请求PDN断连Page50UE请求PDN连接UE请求PDN断连Page51eHRPD-LTE互操作场景非优化切换：eHRPD向E-UTRAN的idle态切换LTE向eHRPD的部分HSGW上下文的切换LTE向eHRPD的无HSGW上下文的切换LTE向eHRPD的无eHRPD会话的切换优化切换：LTE向eHRPD的激活态优化切换LTE向eHRPD的idle态优化切换eHRPD-LTE互操作－

eHRPD向LTE非优化切换流程（1/2）关键点：3.UE在LTE网络附着，AttachRequest消息中携带的请求类型为“Handover”指示切换。5.MME从HSS中获取UE在eHRPD网络中使用的PGW

ID（IP或FQDN）6~17.MME在CreateSessionRequest消息中携带HandoverIndication信元，指示发生切换。完成LTE侧会话和承载建立。eHRPD-LTE互操作－

eHRPD向LTE非优化切换流程（2/2）关键点：2.P-GW向HSGW发送BRI消息，指示为“跨接入技术，跨MAG的切换”，通知eHRPD网络侧释放会话。6.根据P-GW的“跨接入技术，跨MAG的切换”指示，HSGW仅删除与PDN有关的上下文，如TFT等；保留LCP及鉴权上下文，以备终端再返回eHRPD时有用。（可选功能）8~11．上下文维护定时器超时后，HSGW和eAN/ePCF交互A11消息，释放A10连接。eHRPD-LTE互操作－

LTE向eHRPD的部分HSGW上下文非优化切换流程关键点：2.HSGW上用户上下文维持定时器未超时，终端从LTE接入网返回到eHRPD接入网。

4.HSGW维护有终端的鉴权信息、PPP-LCP信息，HSGW只和UE协商PPP-VSNCP。5~13.完成PDN连接和承载建立。PGW释放LTE侧承载。eHRPD-LTE互操作－

LTE向eHRPD的无HSGW上下文非优化切换流程关键点：2.终端进行小区重选到eHRPD接入网，此时HSGW上没有用户的上下文。

7~10.HSGW没有用户的鉴权信息和PPP-LCP信息，HSGW发起PPP-LCP协商，进而重新鉴权、重新VSNCP协商。eHRPD-LTE互操作－

LTE向eHRPD的无eHRPD会话非优化切换流程关键点：终端进行小区重选到eHRPD接入网，UE和eAN之间需要建立eHRPD会话。后续流程同无HSGW上下文非优化切换流程处理。LTE向eHRPD非优化切换小结场景场景分析性能分析UE在eAN上没有eHRPD会话UE第一次从LTE切换到eHRPD网络或者切换到eAN时eHRPD会话已超时。切换信令大约需要60～70条，过多的切换会对网络造成较大冲击UE在eAN上有会话，但在HSGW上没有会话UE的eHRPD会话没有超时，HSGW的PPP会话由于超时释放了切换信令大约15条，这种场景较多UE在AN和HSGW都存在会话UE曾经切换过eHRPD网络，且eHRPD会话和PPP会话都没有超时切换后的信令为7条备注：终端从eHRPD切出后，协议规定终端和eAN能保持eHRPD会话时长缺省为54小时，实际配置20小时左右。2.切换信令从切换到eHRPD网络发起第1条信令，到完成切换的最后一条信令。eHRPD-LTE互操作－

LTE向eHRPD的优化切换预注册流程关键点：2.UE决定需要在eHRPD网络进行预注册。3~6.MME基于SectorID选择eAN，发送消息携带：S101会话ID,SectorID,PGWIP,上行GREkey,APN,HRPD等信息给eAN。eHRPD网络侧完成A10连接建立、LCP协商和鉴权。eHRPD-LTE互操作－

LTE向eHRPD的优化切换数据转发通道建立流程关键点：0~6.eNB通知UE准备切换。7.eHRPD网络信息传递：eAN/ePCF->HSGW:APN、PGWIP以及上行GREkey；

HSGW->eAN/ePCF:用于S103转发的HSGWIP和GREkey等信息。8.eAN->MME:S101会话ID,HRPDTCA消息,以及用于转发的HSGWIP和GREkey,CDMA2000切换状态等。9.MME->S-GW:

HSGWIPGREkey(s),EPS承载ID等，用于配置转发数据的资源。eHRPD-LTE互操作－

LTE向eHRPD的激活态优化切换流程关键点：0~5.预注册过程，完成A10连接建立、LCP协商和鉴权。6.UE切换到eHRPD无线网络。7~8.切换过程：eAN/ePCF发送A11-RRQ（Activestart）消息通知HSGW空口激活。HSGW发送PBU消息通知P-GW将数据通道由E-UTRAN切换到eHRPD。eAN通知MME切换完成。9.用户数据切换到eHRPD网络进行转发。eHRPD-LTE互操作－

LTE向eHRPD的idle态优化切换流程关键点：0.预注册过程，完成A10连接建立、LCP协商和鉴权。1~3.UE处于空闲态，决定执行到eHRPD接入网的小区重选。4~7.切换过程：

eAN/ePCF发送A11-RRQ消息携带tunnelledmodeindicator为‘0’的指示UE已经在eHRPD无线网络。

HSGW发送PBU消息通知P-GW将数据通道由E-UTRAN切换到eHRPD。8.LTE侧资源释放。eHRPD-LTE优化切换小结可能切换到到目标系统时，源系统为终端提供目标系统的足够信息，使终端通过S101接口在目标系统预注册。对于E-UTRAN->eHRPD，透明传输者是MME和S101对于eHRPD->E-UTRAN，透明传输者是HRPD-AN和S101切换条件满足时，切换的信令通过S101隧道传递。终端准备好接入目标系统，即切换到目标系统上。总结：终端离开源接入系统之前，进行附着并执行业务激活（目标网为E-UTRAN）或者执行会话配置和业务信道分配（目标网为eHRPD），降低业务中断时间，是S101接口存在的根本目的。漫游E2EQoSEnrichedServiceCAPEXSavingTargetsolutionLTE语音方案VoLTE(LTE承载数据和语音)重用CS（LTE仅承载数据）VoIMS+SRVCC(终极目标):语音业务也承载在LTE上,支持2G/3G互操作OTT模式:通过Skype等OTT方式提供语音业务SVLTE(多模双待)：Attachto2G/3G<EsimultaneouslyLTEfordata,2G/3GforvoiceCSfallback(CSFB):初始驻留在LTE,话音回落到CSSRVCC:SingleRadioVoiceCallContinuitySVLTE:SimultaneousVoiceandLTELTE语音方案介绍罗马不是一夜建成的，VoLTE是LTE语音方案的终极目标集团当前指导意见：CSFB解决漫入用户语音问题，SVLTE通过定制终端解决电信国内用户语音问题CL语音互操作解决方案—CSFB&SVLTEBSC1xMSCMMES102SGWA11xCSIWSUE附着在LTE时，通过S102隧道在CDMA1x注册PDNGWBTS-面向MME:作为信令隧道的终点-面向1xRTTMSC:模拟1xRTTBSS功能eNodeBCSFB需要增加网元说明：

引入1XCSIWS网元，跟MME之间存在S102接口，跟MSC之间存在A1信令接口，相当于逻辑1XBSC。UE驻留在LTE侧时，通过1XCSIWS向MSC发起登记，语音回落等过程。CSFB:网络需要新增网元1XCSIWS；终端只支持单RF，驻留在LTE网络；终端成本相对较低，耗电较少；需要网络与终端都支持；CSFB新增网元与接口SVLTE:网络侧不需要做任何改动；终端需要双RF，同时驻留在CDMA网络与LTE网络，可并发业务；终端成本相对增加，较耗电；iPhone5（单发双收）:网络侧不需要做任何改动；双接收UE独立附着在CDMA与LTE网络中，不支持并发业务；终端成本相对增加，较耗电；CL语音互操作解决方案—SRVCCSRVCC流程概述:UE在LTE进行VoIP业务UE移动出LTE覆盖区域,eNB发起SRVCC切换,切换流程通过LTE/SAE隧道进行1xMSC发起到IMS的会话迁移，UE切换到1x网络BSC1xMSCS102eNodeBA11xCSIWSVCCASIMS1xBTSMMESGWPDNGW

面向MME:作为信令隧道的终点

面向1xRTTMSC:模拟1xRTTBSS功能134Farend2SRVCC：SRVCC标准协议有待完善，属于长期发展方向；SRVCC需要新增部署IMS、EnhancedMSC；需要多个网元MME、eNodeB、PS等网元变化来完成；终端只需要多模单待，时延控制在300MS左右；Page67MMEPOOLMMEPOOL负载均衡优化:MME将负载反馈动态给eNodeB，eNodeB可以实时调整负荷分发算法;过载控制优化:MME将过载信息通告给eNodeB和SGW，通过eNodeB和SGW限制部分用户接入和寻呼，避免设备过载;MMESGWMMEPOOLAreaSGWServingAreaPage68MMEPOOL规划原则按行政/运维区域划分POOL区，不跨省/大区，对现有管理模式影响小，可操作性强；无线区域连续覆盖，以减少MME间漫游，提高通信质量；区域内的话务模型具有互补性或潮汐特征，充分发挥POOL能够“消峰抑谷”的特性，提高资源利用率；POOL边界选择不是切换频繁的区域，可以有效减少网络中的P