3-EPC网络原理概述.pptx

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1、深圳讯方教学资源部nEPC EPC 网络概述网络概述n关键知识点目目 录录Page11 1、3GPP 3GPP系统演进系统演进2、EPC 网络架构及网元功能 3、EPC 典型应用场景EPC EPC 网络概述网络概述Page23GPP3GPP系统演进系统演进3GPPGSM/GSM/GPRSGPRSLTE/EPC:LTE/EPC:R8R81.分组域主要支撑非实时业务；2.语音业务依赖电路域；3.网络设备较多，影响数据转发效率；4.支持GSM/GPRS/UMTS接入技术1.网络架构全面分组化：只保留分组域，语音业务由分组域配合IMS域提供；2.网络设备简化，提高转发效率；3.支持3GPP/非3GPP

2、网络接入、漫游和切换；4.高速率：下行100Mbps，上行50MBPS；UMTS:UMTS:R99/R4/R5/R6/RR99/R4/R5/R6/R7 7Page31、3GPP系统演进2、EPC 网络架构及网元功能网络架构及网元功能 3、EPC 典型应用场景EPC EPC 网络概述网络概述Page4EPCEPC网络架构网络架构Page5nEPC网络实现以下逻辑功能：n网络接入控制功能n数据路由和转发功能n移动性管理功能n安全功能n无线资源管理功能n网络管理功能EPCEPC网络功能网络功能Page6nS-GW和P-GW合设EPCEPC网络架构网络架构Page7nS-GW和P-GW分设EPCEPC

3、网络架构网络架构Page8漫游漫游:Home RoutedS1-CS1-US11E-UTRUANMMES-GWS8GERANUTRANSGSNHSSS6aS4S3S12IuGbPDN-GWSGiPCRFS7VPLMNHPLMNRxOperatorsIPServiceHome Routed：通过归属网络接入InternetPage9漫游：漫游：Local BreakoutLocal BreakoutS1-CS1-US11E-UTRUANMMES-GWS5GERANUTRANSGSNHSSS6aS4S3S12IuGbPDN-GWSGiH-PCRFVPLMNHPLMNLocalBreakout：通过

4、本地拜访网络接入Internet(LocalBreakoutwithHomeOperatorsApplicationFunctionsonly)S9OperatorsIPServiceRxOperatorsIPServiceGxV-PCRFPage10漫游：漫游：Local BreakoutLocal BreakoutS1-CS1-US11E-UTRUANMMES-GWS5GERANUTRANSGSNHSSS6aS4S3S12IuGbPDN-GWSGiH-PCRFVPLMNHPLMNS9OperatorsIPServiceRxOperatorsIPServiceGxV-PCRFLocalBre

5、akout：通过本地拜访网络接入Internet(LocalBreakoutwithVisitedOperatorsApplicationFunctionsonly)Page11EPCEPC主要逻辑网元功能主要逻辑网元功能MME:mobilitymanagemententityNAS（Non-AccessStratum）信令NAS信令安全切换到2G或3G系统的SGSN选择MME发生改变切换时的MME选择3GPP接入网间切换时，CN（CoreNetwork）节点间的信令交互漫游IDLE模式下UE用户可达鉴权跟踪区列表管理承载管理功能P-GW和S-GW的选择信令业务的合法监听Page12EPCEP

6、C主要逻辑网元功能主要逻辑网元功能SGW:servinggatewayeNodeB间切换的本地移动锚点功能在eNodeB间切换过程中，通过发送一条或多条“endmarker”报文给源侧eNodeB来帮助eNodeB进行重排序功能。基于用户和QCI（QoSClassIdentifier）粒度的跨运营商系统计费ECM-IDLE模式下行数据包的缓存和E-UTRAN的寻呼触发3GPP系统间切换的移动锚点功能合法监听上下行链路的传输级别的数据包标记分组路由和转发Page13EPCEPC主要逻辑网元功能主要逻辑网元功能P-GW:packetdatanetworkgateway基于业务流的上下行计费UEIP

7、地址分配基于业务流的上下行门控基于每用户的包过滤基于业务流的上下行速率执行合法监听基于APN-AMBR（AggregateMaximumBitRate）的上下行速率执行DHCPv4（server/client）和DHCPv6（server）功能基于GBR（GuaranteedBitRate）的下行速率执行上下行链路上的传输级别的数据包标记Page14EPCEPC主要逻辑网元功能主要逻辑网元功能HSS:homesubscriberserverEPC用户注册、鉴权以及下载用户数据到MME非3GPP用户注册、鉴权以及下载用户数据到AAA用户的漫游限制功能用户的闭锁业务功能用户接入网络类型限制实现IP

8、v4/IPv6的双栈支持diameter的IP组网方式Page15nPCRF:policy control and charging rule functionnPCRF主要用作策略和计费控制的规则制定。nPCRF终结Rx接口和Gx接口。EPCEPC主要逻辑网元功能主要逻辑网元功能Page161、3GPP系统演进2、EPC 网络架构及网元功能 3、EPC 典型应用场景典型应用场景EPC EPC 网络概述网络概述Page17典型分组业务典型分组业务eNodeBeNodeBMMEMMES-GWS-GWP-GWP-GWICP/ISPICP/ISPinternetinternetData Data S

9、ignaling Signaling 1 12 2Page18典型语音业务典型语音业务eNodeBeNodeBMMEMMES-GWS-GWP-GWP-GWEPCEPCData(VOIP)Data(VOIP)EPC EPC Signaling Signaling 1 14 4CSCFCSCFIMS domainIMS domainMGCFMGCFIMS-MGWIMS-MGWMSCMSC2 24 4IMS SignalingIMS SignalingPLMNPLMNSS7SS7SS7 SignalingSS7 Signaling3 3Page19nEPC 网络概述n关键知识点关键知识点目目 录录P

10、age201 、移动性管理和会话管理、移动性管理和会话管理2、安全3、业务质量(QoS)4、策略和计费控制5、网元选择功能关键知识点关键知识点Page21 1.1 PDN 1.1 PDN 连接服务连接服务1.2 IP 地址和分配1.3 EPS 承载1.4 移动性原理1.5 EPC中的标识移动性管理和会话管理移动性管理和会话管理Page22n在移动网里PDN连接即是一个IP连接n在某一时刻,一个终端可以接入一个PDN 或者可以同时开通多个PDN连接.nPDN 连接是定义在一个分配了特定IPv4 地址和/或 IPv6前缀 的UE和一个特定PDN之间的逻辑连接.PDN 连接连接IP address

11、for UEPDNNumber of PDN Connection192.168.1.100internet1192.168.1.101InternetIMS2Page23nUE 可以同时有多个PDN连接.PDN 连接连接PDN#PDN#1 1internetinternetPDN#PDN#2 2IMSIMSPDN#PDN#3 3CorporateCorporateN NetworketworkPDN GWPDN GWPDN GWPDN GWPDN GWPDN GWEvolved Packet CorePage24n在PDN连接里的关键组元.nPDNUE要接入的目的网络nIP address(

12、es)分配给UE的IPv4/IPv6/双栈地址 nPDN GW UE到所选网络的业务锚点nAPN在 UE/PDN GW 里定义的用于标识目的PDNPDN 连接连接Page25 1.1 PDN 连接服务1.2 IP 1.2 IP 地址和分配地址和分配1.3 EPS 承载1.4 移动性原理1.5 EPC中的标识移动性管理和会话管理移动性管理和会话管理Page26nIP地址分配时机n在附着(attach)流程期间分配（HSS签约静态分配或PGW动态分配）n在附着成功后由DHCP来分配n在认证期间由AAA服务器分配n分配的IP地址类型nIPv4nIPv6nIPv4/IPv6 双栈地址IP 地址和分配地

13、址和分配Page27 1.1 PDN 连接服务1.2 IP 地址和分配1.3 EPS 1.3 EPS 承载承载1.4 移动性原理1.5 EPC中的标识移动性管理和会话管理移动性管理和会话管理Page28nBearer 是处理Qos的工具之一n一个PDN连接里有一个或多个EPS承载.n为传输IP流量包,EPS承载在UE和PDN之间提供一条逻辑的传送通道.n每一个EPS承载关联到QoS参数集nBit ratenDelaynBit error ratenetcEPS 承载承载Page29n两种类型的承载:n默认承载n在附着流程时创建n一直保持激活状态直到用户去附着n专有承载n根据需要创建EPS 承载

14、承载Serving GWServing GWPDN GWPDN GWDefault EPS bearerDefault EPS bearerDedicated EPS bearer 1Dedicated EPS bearer 1Dedicated EPS bearer 2Dedicated EPS bearer 2Page30 1.1 PDN 连接服务1.2 IP 地址和分配1.3 EPS 承载1.4 1.4 移动性原理移动性原理1.5 EPC中的标识移动性管理和会话管理移动性管理和会话管理Page31n注册区 n当UE从一个注册区移动到另一个注册区,则发起位置区域的更新过程n在2G/3G里,

15、注册区=路由区(RA,在PS里)位置区(LA,在 CS里)n在 EPS里,注册区=跟踪区(TA)n跟踪区列表n不同跟踪区的列表nUE在一个TA列表中移动时,TA的改变不会引起TA更新过程的执行移动性原理移动性原理Page32n在3GPP 系统内的移动性n基于X2接口的切换流程(存在可使用的X2接口)n基于S1接口的切换流程(不存在可使用的X2接口)n跟踪区更新流程(TAU)n在 E-UTRAN 和 HRPD之间的移动n预先注册n切换n在3GPP 和 non-3GPP 系统之间的移动n采用移动IP机制移动性原理移动性原理Page33 1.1 PDN 连接服务1.2 IP 地址和分配1.3 EPS

16、 承载1.4 移动性原理1.5 EPC1.5 EPC中的标识中的标识移动性管理和会话管理移动性管理和会话管理Page34n永久用户标识IMSI(International Mobile Subscriber Identity)EPCEPC中的标识中的标识MCC(Mobile Country Code)MNC(Mobile Network Code)MSIN(Mobile Subscriber Identity)Page35n临时用户标识GUTI(Globally Unique Temporary ID)EPCEPC中的标识中的标识GUMMEI(Global Unique MME Identif

17、ier)MMEI(MME Identifier)MMEGI(MME Group Id)MMEC(MME Code)M-TMSI(MME Temporary Subscriber Identity)Page36n临时用户标识S-TMSIEPCEPC中的标识中的标识MMEC(MME Code)M-TMSI(MME Temporary Subscriber Identity)Page37n位置相关的标识TAI(跟踪区标识)TAI=MCC+MNC+TACMCCMobile Country CodeMNCMobile Network CodeTACTracking Area CodeEPCEPC中的标识

18、中的标识Page38EPCEPC中的标识中的标识MMEMMETA TA List 1List 1TA 1TA 1CELL1CELL1CELL2CELL2TA 2TA 2CELL3CELL3CELL4CELL4TA TA List 2List 2TA TA 3 3CELL1CELL1CELL2CELL2TA TA 4 4CELL3CELL3CELL4CELL4MMEI=MMEI=MME Group ID+MME Code MME Group ID+MME CodeIMSIIMSIMSISDNMSISDNGUTI=GUMMEI+M-TMSIGUTI=GUMMEI+M-TMSI =MCC+MNC+M

19、MEI+M-TMSI =MCC+MNC+MMEI+M-TMSITAI=MCC+MNC+TACTAI=MCC+MNC+TACnTA ListPage39位置信息存储位置信息存储MME1MME1HSSHSSMME2MME2MME IP addressMME IP addressTracking Area listTracking Area listTracking Area IDTracking Area IDE-UTRAN Cell Global IdentityE-UTRAN Cell Global IdentityTracking Area listTracking Area listTra

20、cking Area IDTracking Area IDPage40n业务相关nAPN(Access Point Name)APN=APN-NI+APN-OIAPN-NI:由运营商定义APN-OI:mnc.mcc.gprsn一个APN 的实例:4GNET.MNC012.MCC462.GPRSEPCEPC中的标识中的标识Page411、移动性管理和会话管理2 2、安全、安全3、业务质量(QoS)4、策略和计费控制5、网元选择功能关键知识点关键知识点Page42安全功能安全功能2G3GEPC鉴权方式单向鉴权双向鉴权双向鉴权安全向量三元组（Rand，Sres，Kc）五元组（Rand,Xres,CK

21、,IK,AUTN）全新EPS安全向量(RAND,AUTN,XRES,KASME)。实现UMTS鉴权向量与EPS鉴权向量的隔离。是否完整性保护否是是是否兼容SIM兼容不兼容层次化安全架构否否对NAS层和AS层分别进行保护,同时对NAS层密钥和AS层密钥也进行分级管理.NAS层与AS层也分别进行算法协商.Page43EPSEPS安全架构安全架构Page44nEPS 鉴权四元组nRAND:Random Challenge，随机数nAUTN:Authentication Token，鉴权令牌nXRES:Expected Response，期望的响应nKasme:Ciphering key，密钥鉴权参数

22、鉴权参数K KASMEASME:用于接入安全管理实体的密钥用于接入安全管理实体的密钥Page45nE-UTRAN里的密钥层次架构EPS里的密钥里的密钥K:K:根密钥根密钥植于植于USIM 卡里和卡里和配置在配置在HSS里里Page461、移动性管理和会话管理2、安全3 3、业务质量、业务质量(QoS)(QoS)4、策略和计费控制5、网元选择功能关键知识点关键知识点Page47nEPS 系统仅仅覆盖在EPS里的流量的Qos需求,也就是UE和P-GW之间的范围.EPS的的 QoS 覆盖范围覆盖范围 UEUEeNBeNBPDN PDN GWGWServing Serving GWGWEPS QoSi

23、nternetNon-EPS QoSSLAPage48nEPS 承载在UE和P-GW之间建立.nEPS 承载=无线承载+S1 承载+S5/S8 承载n业务流关联和映射到相应的 TFT，而TFT 在无线侧和 RB-Id 关联,在核心网侧和TEID 关联.nUE 关联上行流和相应的TFT,而 PGW 关联下行流和相应的 TFT.EPS承载的承载的Qos Page49承载的承载的QoS参数参数4 TC+13 QoS ParameterQCI+ARPQCI ARP GBR MBRFor GBR Bearer For Non-GBR bearer APN AMBRUE AMBR Traffic clas

24、sMaximum bit rateDelivery orderMaximum SDU sizeSDU format informationSDU error ratioResidual bit error ratioDelivery of erroneous SDUsTransfer delayGuaranteed bit rateTraffic handling priorityAllocation/Retention priority(ARP)Source statistics descriptorSignaling indicationPage50EPS里里Qos的架构的架构Page51

25、nEPS以前n在HLR里签约QosnEPSn在HSS和PCRF里签约QoSpHSS里签约默认承载的QospPCRF里签约专有承载的QosQoS的签约的签约Page52nQoS Class Identifier(QCI)n取值范围19n每一个 EPS 承载都会分配一个 QCInQCI 决定了在一定承载上的IP数据包应该受到怎样的用户平面处理.QoS 参数参数 QCIPage53标准标准 QCIQCIResourceTypePriorityPacketDelayBudgetPacket Error LossRateExample Services1GBR2100ms10-2Conversation

26、alVoice24150ms10-3ConversationalVideo(LiveStreaming)3350ms10-3RealTimeGaming45300ms10-6Non-ConversationalVideo(BufferedStreaming)5Non-GBR1100ms10-6IMSSignalling66300ms10-6Video(BufferedStreaming)TCP-based(e.g.,www,e-mail,chat,ftp,p2pfilesharing,progressivevideo,etc.)77100ms10-3Voice,Video(LiveStream

27、ing)InteractiveGaming88300ms10-6Video(BufferedStreaming)TCP-based(e.g.,www,e-mail,chat,ftp,p2pfilesharing,progressivevideo,etc.)99Page54nAllocation/Retention Priority(ARP)n ARP应理解为”优先分配保留”,而不是“分配,保留,和优先级.nARP包含三个信息:n优先级优先级:定义了资源请求的相对重要性,这决定了承载建立/修改请求是否能被接受或拒绝.n被抢占能力被抢占能力:定义了携带较低ARP优先级的承载是否应该被踢掉以释放其所

28、需的资源.n被抢占脆弱性被抢占脆弱性:定义了携带较高ARP优先级的承载因为被抢占而要被踢掉是否可行的信息.QoS 参数参数 ARPPage55nGBR和 non-GBR 承载nGBR 承载nGBR承载意味着 要给这个承载预留一定的带宽,而不管这个资源是用还是不用.nQCI,ARP,GBR(保证比特率),MBR(最大比特率)nNon-GBR 承载n一个 non-GBR承载 不用分配固定带宽,这样就对承载上能携带多少流量没有保证.nQCI,ARP,AMBR(聚合最大比特率)QoS 参数参数 GBR&non-GBRPage56nAMBR 最大聚合比特率,仅用于 non-GBR 承载.nAPN-AMB

29、R(uplink&downlink)n定义了同一个APN的所有PDN连接的所有Non-GBR承载所能提供的聚合比特速率.n由PDN GW执行.nUE-AMBR(uplink&downlink)n定义了一个UE所有Non-GBR承载上所能期望提供的聚合比特速率.n由eNodeB执行QoS参数参数 AMBRPage571、移动性管理和会话管理2、安全3、业务质量(QoS)4 4、策略和计费控制、策略和计费控制5、网元选择功能关键知识点关键知识点Page58nPCC的描述nPCC是提供给运营商进行业务Qos 和计费控制的高级工具nPCC 允许集中控制来确保业务会话的进行nPCC 也可以提供基于每一个

30、业务来进行计费控制的方法.PCC介绍介绍Page59PCC的架构的架构Page60n门控功能n门控控制就是针对某种业务流量的IP分组是阻塞还是允许其通过.nPCRF做门控决策,然后PCEF具体执行该决策.nQoS 控制nQoS控制功能允许PCRF向PCEF提供针对IP流的Qos授权,比如比特率和Qos类别.n PCEF实现速率的强制执行,确保某种业务会话没有超过所授权的Qos级别.PCRF的功能的功能Page61n基于流的计费n计费方式n在线/离线n计费特性nFlat rate/hot-billing/normaln内容计费nFlow ID(cbbid)PCRF的功能的功能Page621、移动

31、性管理和会话管理2、安全3、业务质量(QoS)4、策略和计费控制5 5、网元选择功能、网元选择功能关键知识点关键知识点Page63neNodeB 选择MMEn当 eNodeB 选择一个 MME,这个选择要基于负载均衡来考虑.nMME 选择其它的MMEn在 切换流程里,利用DNS解析功能基于TAI来选择一个MME.n在 Attach/TAU 流程里,利用DNS解析功能基于GUTI来选择MME.MME 的选择的选择Page64nS-GW 选择准则n选择基于网络拓扑,例如所选的Serving GW 服务于 UE所在的位置区域n在Attach/TAU/Handover 流程里,利用DNS解析功能 基于TAI来选择S-GW.n如果需要考虑负载均衡,MME会使用由DNS返回的一个权重值来选择S-GW.S-GW 的选择的选择Page65nP-GW 选择准则n使用签约上下文中默认APN所对应的P-GW.n在Attach/PDN 连接建立流程里,利用DNS解析功能基于APN来选择一个P-GW.P-GW 的选择的选择Page66深圳市讯方通信技术有限公司讯方学院教学资源部