4G移動通信與技術(shù)-EPC網(wǎng)絡(luò)原理概述

EPC網(wǎng)絡(luò)原理概述EPC網(wǎng)絡(luò)概述關(guān)鍵知識點(diǎn)目錄Page1

1、3GPP系統(tǒng)演進(jìn)

2、EPC網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)及網(wǎng)元功能3、EPC典型應(yīng)用場景EPC網(wǎng)絡(luò)概述Page23GPP系統(tǒng)演進(jìn)3GPPGSM/GPRSLTE/EPC:R81.分組域主要支撐非實(shí)時業(yè)務(wù)；2.語音業(yè)務(wù)依賴電路域；3.網(wǎng)絡(luò)設(shè)備較多，影響數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)效率；4.支持GSM/GPRS/UMTS接入技術(shù)1.網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)全面分組化：只保留分組域，語音業(yè)務(wù)由分組域配合IMS域提供；2.網(wǎng)絡(luò)設(shè)備簡化，提高轉(zhuǎn)發(fā)效率；3.支持3GPP/非3GPP網(wǎng)絡(luò)接入、漫游和切換；4.高速率：下行100Mbps，上行50MBPS；UMTS:R99/R4/R5/R6/R7Page3 1、3GPP系統(tǒng)演進(jìn)

2、EPC網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)及網(wǎng)元功能3、EPC典型應(yīng)用場景EPC網(wǎng)絡(luò)概述Page4EPC網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)Page5EPC網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)以下邏輯功能：網(wǎng)絡(luò)接入控制功能數(shù)據(jù)路由和轉(zhuǎn)發(fā)功能移動性管理功能安全功能無線資源管理功能網(wǎng)絡(luò)管理功能EPC網(wǎng)絡(luò)功能Page6S-GW和P-GW合設(shè)EPC網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)Page7S-GW和P-GW分設(shè)EPC網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)Page8漫游:HomeRoutedS1-CS1-US11E-UTRUANMMES-GWS8GERANUTRANSGSNHSSS6aS4S3S12IuGbPDN-GWSGiPCRFS7VPLMNHPLMNRxOperator’s

IPServiceHomeRouted：通過歸屬網(wǎng)絡(luò)接入InternetPage9漫游：LocalBreakoutS1-CS1-US11E-UTRUANMMES-GWS5GERANUTRANSGSNHSSS6aS4S3S12IuGbPDN-GWSGiH-PCRFVPLMNHPLMNLocalBreakout：通過本地拜訪網(wǎng)絡(luò)接入Internet(LocalBreakoutwithHomeOperator'sApplicationFunctionsonly)S9Operator’s

IPServiceRxOperator’s

IPServiceGxV-PCRFPage10漫游：LocalBreakoutS1-CS1-US11E-UTRUANMMES-GWS5GERANUTRANSGSNHSSS6aS4S3S12IuGbPDN-GWSGiH-PCRFVPLMNHPLMNS9Operator’s

IPServiceRxOperator’s

IPServiceGxV-PCRFLocalBreakout：通過本地拜訪網(wǎng)絡(luò)接入Internet(LocalBreakoutwithVisitedOperator'sApplicationFunctionsonly)Page11EPC主要邏輯網(wǎng)元功能MME:mobilitymanagemententityNAS（Non-AccessStratum）信令NAS信令安全切換到2G或3G系統(tǒng)的SGSN選擇MME發(fā)生改變切換時的MME選擇3GPP接入網(wǎng)間切換時，CN（CoreNetwork）節(jié)點(diǎn)間的信令交互漫游IDLE模式下UE用戶可達(dá)鑒權(quán)跟蹤區(qū)列表管理承載管理功能P-GW和S-GW的選擇信令業(yè)務(wù)的合法監(jiān)聽Page12EPC主要邏輯網(wǎng)元功能SGW:servinggatewayeNodeB間切換的本地移動錨點(diǎn)功能在eNodeB間切換過程中，通過發(fā)送一條或多條“endmarker”報文給源側(cè)eNodeB來幫助eNodeB進(jìn)行重排序功能?；谟脩艉蚎CI（QoSClassIdentifier）粒度的跨運(yùn)營商系統(tǒng)計費(fèi)ECM-IDLE模式下行數(shù)據(jù)包的緩存和E-UTRAN的尋呼觸發(fā)3GPP系統(tǒng)間切換的移動錨點(diǎn)功能合法監(jiān)聽上下行鏈路的傳輸級別的數(shù)據(jù)包標(biāo)記分組路由和轉(zhuǎn)發(fā)Page13EPC主要邏輯網(wǎng)元功能P-GW:packetdatanetworkgateway基于業(yè)務(wù)流的上下行計費(fèi)UEIP地址分配基于業(yè)務(wù)流的上下行門控基于每用戶的包過濾基于業(yè)務(wù)流的上下行速率執(zhí)行合法監(jiān)聽基于APN-AMBR（AggregateMaximumBitRate）的上下行速率執(zhí)行DHCPv4（server/client）和DHCPv6（server）功能基于GBR（GuaranteedBitRate）的下行速率執(zhí)行上下行鏈路上的傳輸級別的數(shù)據(jù)包標(biāo)記Page14EPC主要邏輯網(wǎng)元功能HSS:homesubscriberserverEPC用戶注冊、鑒權(quán)以及下載用戶數(shù)據(jù)到MME非3GPP用戶注冊、鑒權(quán)以及下載用戶數(shù)據(jù)到AAA用戶的漫游限制功能用戶的閉鎖業(yè)務(wù)功能用戶接入網(wǎng)絡(luò)類型限制實(shí)現(xiàn)IPv4/IPv6的雙棧支持diameter的IP組網(wǎng)方式Page15PCRF:policycontrolandchargingrulefunctionPCRF主要用作策略和計費(fèi)控制的規(guī)則制定。PCRF終結(jié)Rx接口和Gx接口。EPC主要邏輯網(wǎng)元功能Page16 1、3GPP系統(tǒng)演進(jìn)

2、EPC網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)及網(wǎng)元功能3、EPC典型應(yīng)用場景EPC網(wǎng)絡(luò)概述Page17典型分組業(yè)務(wù)eNodeBMMES-GWP-GWICP/ISPinternetDataSignaling12Page18典型語音業(yè)務(wù)eNodeBMMES-GWP-GWEPCData(VOIP)EPCSignaling14CSCFIMSdomainMGCFIMS-MGWMSC24IMSSignalingPLMNSS7SS7Signaling3Page19EPC網(wǎng)絡(luò)概述關(guān)鍵知識點(diǎn)目錄Page20

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、移動性管理和會話管理 2、安全 3、業(yè)務(wù)質(zhì)量(QoS) 4、策略和計費(fèi)控制 5、網(wǎng)元選擇功能關(guān)鍵知識點(diǎn)Page21

1.1PDN連接服務(wù) 1.2IP地址和分配 1.3EPS承載 1.4移動性原理

1.5EPC中的標(biāo)識移動性管理和會話管理Page22在移動網(wǎng)里PDN連接即是一個IP連接在某一時刻,一個終端可以接入一個PDN或者可以同時開通多個PDN連接.PDN連接是定義在一個分配了特定IPv4地址和/或IPv6前綴

的UE和一個特定PDN之間的邏輯連接.PDN連接IPaddressforUEPDNNumberofPDNConnection00internet101InternetIMS2Page23UE可以同時有多個PDN連接.PDN連接PDN#1internetPDN#2IMSPDN#3CorporateNetworkPDNGWPDNGWPDNGWEvolvedPacketCorePage24在PDN連接里的關(guān)鍵組元.PDN UE要接入的目的網(wǎng)絡(luò)IPaddress(es) 分配給UE的IPv4/IPv6/雙棧地址

PDNGW UE到所選網(wǎng)絡(luò)的業(yè)務(wù)錨點(diǎn)APN 在UE/PDNGW里定義的用于標(biāo)識目的PDNPDN連接Page25

1.1PDN連接服務(wù)

1.2IP地址和分配 1.3EPS承載 1.4移動性原理

1.5EPC中的標(biāo)識移動性管理和會話管理Page26IP地址分配時機(jī)在附著(attach)流程期間分配（HSS簽約靜態(tài)分配或PGW動態(tài)分配）在附著成功后由DHCP來分配在認(rèn)證期間由AAA服務(wù)器分配分配的IP地址類型IPv4IPv6IPv4/IPv6雙棧地址IP地址和分配Page27

1.1PDN連接服務(wù) 1.2IP地址和分配

1.3EPS承載 1.4移動性原理

1.5EPC中的標(biāo)識移動性管理和會話管理Page28Bearer是處理Qos的工具之一一個PDN連接里有一個或多個EPS承載.為傳輸IP流量包,EPS承載在UE和PDN之間提供一條邏輯的傳送通道.每一個EPS承載關(guān)聯(lián)到QoS參數(shù)集BitrateDelayBiterrorrateetcEPS承載Page29兩種類型的承載:

默認(rèn)承載

在附著流程時創(chuàng)建一直保持激活狀態(tài)直到用戶去附著專有承載根據(jù)需要創(chuàng)建EPS承載ServingGWPDNGWDefaultEPSbearerDedicatedEPSbearer1DedicatedEPSbearer2Page30

1.1PDN連接服務(wù) 1.2IP地址和分配 1.3EPS承載

1.4移動性原理

1.5EPC中的標(biāo)識移動性管理和會話管理Page31注冊區(qū)

當(dāng)UE從一個注冊區(qū)移動到另一個注冊區(qū),則發(fā)起位置區(qū)域的更新過程在2G/3G里,注冊區(qū)=路由區(qū)(RA,在PS里)

位置區(qū)(LA,在CS里)在EPS里,注冊區(qū)=跟蹤區(qū)(TA)跟蹤區(qū)列表不同跟蹤區(qū)的列表UE在一個TA列表中移動時,TA的改變不會引起TA更新過程的執(zhí)行移動性原理Page32在3GPP系統(tǒng)內(nèi)的移動性基于X2接口的切換流程(存在可使用的X2接口)基于S1接口的切換流程(不存在可使用的X2接口)跟蹤區(qū)更新流程(TAU)在E-UTRAN和HRPD之間的移動預(yù)先注冊切換在3GPP和non-3GPP系統(tǒng)之間的移動采用移動IP機(jī)制移動性原理Page33

1.1PDN連接服務(wù) 1.2IP地址和分配 1.3EPS承載 1.4移動性原理

1.5EPC中的標(biāo)識移動性管理和會話管理Page34永久用戶標(biāo)識IMSI(InternationalMobileSubscriberIdentity)EPC中的標(biāo)識MCC(MobileCountryCode)MNC(MobileNetworkCode)MSIN(MobileSubscriberIdentity)Page35臨時用戶標(biāo)識GUTI(GloballyUniqueTemporaryID)EPC中的標(biāo)識GUMMEI(GlobalUniqueMMEIdentifier)MMEI(MMEIdentifier)MMEGI(MMEGroupId)MMEC(MMECode)M-TMSI(MMETemporarySubscriberIdentity)Page36臨時用戶標(biāo)識S-TMSIEPC中的標(biāo)識MMEC(MMECode)M-TMSI(MMETemporarySubscriberIdentity)Page37位置相關(guān)的標(biāo)識TAI(跟蹤區(qū)標(biāo)識)TAI=MCC+MNC+TAC MCC MobileCountryCode MNC MobileNetworkCode TAC TrackingAreaCodeEPC中的標(biāo)識Page38EPC中的標(biāo)識MMETAList1TA1CELL1CELL2TA2CELL3CELL4TAList2TA3CELL1CELL2TA4CELL3CELL4MMEI=MMEGroupID+MMECodeIMSIMSISDNGUTI=GUMMEI+M-TMSI=MCC+MNC+MMEI+M-TMSITAI=MCC+MNC+TACTAListPage39位置信息存儲MME1HSSMME2MMEIPaddressTrackingArealistTrackingAreaIDE-UTRANCellGlobalIdentityTrackingArealistTrackingAreaIDPage40業(yè)務(wù)相關(guān)APN(AccessPointName)APN=APN-NI+APN-OI APN-NI: 由運(yùn)營商定義 APN-OI: mnc<MNC>.mcc<MCC>.gprs一個APN的實(shí)例:

4GNET.MNC012.MCC462.GPRSEPC中的標(biāo)識Page41

1、移動性管理和會話管理

2、安全 3、業(yè)務(wù)質(zhì)量(QoS) 4、策略和計費(fèi)控制 5、網(wǎng)元選擇功能關(guān)鍵知識點(diǎn)Page42安全功能2G3GEPC鑒權(quán)方式單向鑒權(quán)雙向鑒權(quán)雙向鑒權(quán)安全向量三元組（Rand，Sres，Kc）五元組（Rand,Xres,CK,IK,AUTN）全新EPS安全向量(RAND,AUTN,XRES,KASME)。實(shí)現(xiàn)UMTS鑒權(quán)向量與EPS鑒權(quán)向量的隔離。是否完整性保護(hù)否是是是否兼容SIM－兼容不兼容層次化安全架構(gòu)否否對NAS層和AS層分別進(jìn)行保護(hù),同時對NAS層密鑰和AS層密鑰也進(jìn)行分級管理.NAS層與AS層也分別進(jìn)行算法協(xié)商.Page43EPS安全架構(gòu)Page44EPS鑒權(quán)四元組RAND:RandomChallenge，隨機(jī)數(shù)AUTN:AuthenticationToken，鑒權(quán)令牌XRES:ExpectedResponse，期望的響應(yīng)Kasme:Cipheringkey，密鑰鑒權(quán)參數(shù)KASME:用于接入安全管理實(shí)體的密鑰Page45E-UTRAN里的密鑰層次架構(gòu)EPS里的密鑰K:根密鑰植于USIM卡里和配置在HSS里Page46

1、移動性管理和會話管理 2、安全

3、業(yè)務(wù)質(zhì)量(QoS) 4、策略和計費(fèi)控制 5、網(wǎng)元選擇功能關(guān)鍵知識點(diǎn)Page47EPS系統(tǒng)僅僅覆蓋在EPS里的流量的Qos需求,也就是UE和P-GW之間的范圍.EPS的QoS覆蓋范圍

UEeNBPDNGWServingGWEPSQoSinternetNon-EPSQoSSLAPage48EPS承載在UE和P-GW之間建立.EPS承載=無線承載+S1承載+S5/S8承載業(yè)務(wù)流關(guān)聯(lián)和映射到相應(yīng)的TFT，而TFT在無線側(cè)和RB-Id關(guān)聯(lián),在核心網(wǎng)側(cè)和TEID關(guān)聯(lián).UE關(guān)聯(lián)上行流和相應(yīng)的TFT,而PGW關(guān)聯(lián)下行流和相應(yīng)的TFT.EPS承載的QosPage49承載的QoS參數(shù)4TC+13QoSParameterQCI+ARPQCI

ARP

GBR

MBRForGBRBearer

ForNon-GBRbearer

APN?AMBRUE?AMBR

TrafficclassMaximumbitrateDeliveryorderMaximumSDUsizeSDUformatinformationSDUerrorratioResidualbiterrorratioDeliveryoferroneousSDUsTransferdelayGuaranteedbitrateTraffichandlingpriorityAllocation/Retentionpriority(ARP)SourcestatisticsdescriptorSignalingindicationPage50EPS里Qos的架構(gòu)Page51EPS以前在HLR里簽約QosEPS在HSS和PCRF里簽約QoSHSS里簽約默認(rèn)承載的QosPCRF里簽約專有承載的QosQoS的簽約Page52QoSClassIdentifier(QCI)取值范圍1~9每一個EPS承載都會分配一個QCIQCI決定了在一定承載上的IP數(shù)據(jù)包應(yīng)該受到怎樣的用戶平面處理.QoS參數(shù)–QCIPage53標(biāo)準(zhǔn)QCIQCIResourceTypePriorityPacketDelayBudgetPacketErrorLossRateExampleServices1GBR2100

ms10-2ConversationalVoice24150

ms10-3ConversationalVideo(LiveStreaming)3350

ms10-3RealTimeGaming45300

ms10-6Non-ConversationalVideo(BufferedStreaming)5Non-GBR1100

ms10-6IMSSignalling66

300

ms

10-6Video(BufferedStreaming)

TCP-based(e.g.,www,e-mail,chat,ftp,p2pfilesharing,progressivevideo,etc.)77

100

ms

10-3Voice,

Video(LiveStreaming)

InteractiveGaming88300

ms10-6Video(BufferedStreaming)

TCP-based(e.g.,www,e-mail,chat,ftp,p2pfilesharing,progressivevideo,etc.)99Page54Allocation/RetentionPriority(ARP)ARP應(yīng)理解為”優(yōu)先分配保留”,而不是“分配,保留,和優(yōu)先級".ARP包含三個信息:優(yōu)先級:定義了資源請求的相對重要性,這決定了承載建立/修改請求是否能被接受或拒絕.被搶占能力:定義了攜帶較低ARP優(yōu)先級的承載是否應(yīng)該被踢掉以釋放其所需的資源.被搶占脆弱性:定義了攜帶較高ARP優(yōu)先級的承載因?yàn)楸粨屨级惶叩羰欠窨尚械男畔?QoS參數(shù)–ARPPage55GBR和non-GBR承載GBR承載GBR承載意味著

要給這個承載預(yù)留一定的帶寬,而不管這個資源是用還是不用.QCI,ARP,GBR(保證比特率),MBR(最大比特率)Non-GBR承載一個non-GBR承載

不用分配固定帶寬,這樣就對承載上能攜帶多少流量沒有保證.QCI,ARP,AMBR(聚合最大比特率)QoS參數(shù)–GBR&non-GBRPage56AMBR–最大聚合比特率,僅用于non-GBR承載.APN-AMBR(uplink&downlink)定義了同一個APN的所有PDN連接的所有Non-GBR承載所能提供的聚合比特速率.由PDNGW執(zhí)行.UE-AMBR(uplink&downlink)定義了一個UE所有Non-GBR承載上所能期望提供的聚合比特速率..由eNodeB執(zhí)行QoS參數(shù)–AMBRPage57

1、移動性管理和會話管理 2、安全 3、業(yè)務(wù)質(zhì)量(Q